Catégorie : Science

Le bassin arrière-arc des Mariannes // The Mariana back-arc basin

drapeau-francaisUne équipe scientifique vient de rentrer d’une expédition de 28 jours à bord du RV Falkor après avoir identifié un grand nombre de sites hydrothermaux dans le bassin arrière-arc des Mariannes. Cette zone, située à l’ouest de la Fosse des Mariannes, est l’endroit où se concentre le volcanisme sous-marin lié à l’accrétion de la région (voir la coupe ci-dessous). Plusieurs observations importantes ont été réalisées, notamment la découverte d’une bouche active à très grande profondeur.
Un autre point important a été la découverte extrêmement rare d’un champ de lave sous-marin âgé probablement de seulement quelques mois. Les scientifiques ont également observé des émissions d’eau encore chaude et trouble à partir de pillow lavas en cours de refroidissement.
L’équipe, dirigée par des scientifiques du Pacific Marine Environmental Laboratory de la NOAA, a réussi à observer de nouveaux sites hydrothermaux dans l’arrière-arc, faisant passer leur nombre de trois à sept grâce à la découverte de quatre nouvelles zones d’activité. L’une de ces bouches compte parmi les 700 plus profondes recensées à ce jour à travers le monde. Seules trois autres bouches se trouvent encore plus bas que cette dernière qui a été détectée à une profondeur de 4230 mètres.
Pour ses observations, l’équipe scientifique multidisciplinaire a utilisé le véhicule sous-marin autonome (Autonomous Underwater Vehicle – AUV) Sentry de la Woods Hole Oceanographic Institution. Un sonar multifaisceaux ainsi que des capteurs chimiques et optiques ont également été utilisés pour rechercher les nouveaux sites hydrothermaux sur une piste d’exploration de 600 km de long sur le plancher océanique du Pacifique, à proximité du Monument National de la Fosse des Mariannes (Marianas Trench Marine National Monument). Cette région, déjà connue pour ses records de profondeur océanique, possède également des volcans sous-marins actifs et des écosystèmes de fonds marins uniques qui offrent un environnement riche pour les espèces vivant dans ces milieux.
L’équipe scientifique reviendra sur cette région d’arrière-arc dans un an pour étudier les sources hydrothermales nouvellement observées avec le tout nouveau véhicule télécommandé du Schmidt Ocean Institute, capable de descendre à 4500 mètres de profondeur. Grâce aux nouvelles cartes des bouches, les chercheurs seront en mesure de mieux définir les écosystèmes des fonds marins dans et autour du Monument National de la Fosse des Mariannes. Ils étudieront comment des espèces réussissent à s’adapter à cet environnement géologique et chimique unique.
Source: NOAA.

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drapeau-anglaisA scientific team has just returned from a 28-day expedition onboard R/V Falkor after having identified a large number of hydrothermal vent sites in the Mariana Back-arc region. This area, west of the Mariana Trench, is where plate spreading and submarine volcanism are concentrated (see cross section below). Several important findings were made, including the discovery of one of the deepest vents ever found.
Another important outcome was the discovery of an extremely rare recently-erupted underwater lava field that is likely only a few months old. The scientists also observed cloudy warm water leaking through the still-cooling pillow lavas.
The team, led by NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory scientists, was able to increase the number of known hydrothermal vent sites in the Back-arc from three to seven by discovering four new areas of activity. One of these vents is amongst the deepest ever found from the 700 vent sites known globally. Only three other vents extend deeper than this newly-found vent, detected at a depth of 4230 meters.
The multidisciplinary group used their Woods Hole Oceanographic Institution’s Autonomous Underwater Vehicle (AUV) Sentry. Multibeam sonar and chemical and optical sensors were also used to hunt for the new hydrothermal sites on a track that explored a 600-km stretch of Pacific seafloor in the vicinity of the Marianas Trench Marine National Monument. This region, best known for including the ocean’s deepest depths, is also populated with active underwater volcanoes and unique deep-sea ecosystems that provide a rich environment for uniquely adapted species.
The scientific team will return to this same Back-arc region one year from now to explore the newly-found hydrothermal vents with Schmidt Ocean Institute’s brand new 4,500 m Remotely Operated Vehicle (ROV). Armed with new maps of the recently discovered vents, the researchers will be able to better characterize the deep-sea ecosystems in and around the Mariana Trench Marine National Monument, exploring how vent species adapt to their unique chemical and geologic environment.
Source: NOAA.

Mariannes

Fosse et arrière-arc des Mariannes (Source: NOAA)

Une nouvelle approche de l’intérieur de la Terre // A new approach to the Earth’s interior

drapeau-francaisOn sait depuis pas mal de temps que les cristaux de pérovskite silicatée sont l’un des composants majeurs des roches du manteau inférieur de la Terre. Mais ce minéral n’avait jamais été observé à l’état naturel. Il a fallu attendre 2014 pour qu’une telle observation soit effectuée. On lui a alors donné le nom de bridgmanite pour honorer la mémoire de Percy Williams Bridgman, un des pionniers de la pétrologie des roches sous hautes pressions.
Les observations sismiques de l’intérieur de notre planète ont révélé trois structures distinctes marquant la limite entre son noyau métallique et le manteau silicaté. Ces structures comprennent des restes de plaques subductées de la surface de la Terre, des zones de propagation ultra faible des ondes sismiques riches en fer, et de grandes zones denses de composition et minéralogie inconnues. Selon le California Institute of Technology (Caltech), on dispose aujourd’hui de nouvelles preuves montrant l’origine de ces structures.
La couche en question se trouve à une profondeur de 2 900 km et sa composition est très importante pour comprendre l’évolution et la dynamique de la Terre. Une équipe scientifique a effectué une étude qui indique que la bridgmanite, le minéral le plus répandu sur notre planète, pourrait occuper 20% de la zone limite entre le noyau et le manteau. Les résultats de ce travail de recherche pourraient expliquer les observations sismiques précédentes et les résultats de modélisation géodynamique.
Tout en occupant environ 20% de la surface de la limite entre le noyau et le manteau, la bridgemanite remonte jusqu’à une profondeur d’environ 1 500 km. Cette découverte représente un progrès scientifique car bien que la bridgmanite soit le minéral le plus abondant sur Terre, ce n’est que récemment que les chercheurs ont eu la possibilité de mesurer avec précision des échantillons dans un environnement similaire à celui que connaissent les matériaux à l’intérieur de la Terre.
L’étude a été réalisée par l’Advanced Photon Source du Laboratoire National d’Argonne dans l’Illinois avec des mesures précises aux rayons X et deux faisceaux laser différents (voir image ci-dessous) sur des échantillons de bridgmanite synthétique comprimés par des cellules à enclumes de diamant à plus de 1 million de fois la pression atmosphérique de la Terre et chauffés à des milliers de degrés. Les données recueillies ont permis aux scientifiques de comparer les résultats d’observations sismiques de la frontière noyau-manteau.
Les nouvelles mesures de la bridgmanite dans des conditions de manteau profond montrent que ces régions de l’intérieur de la Terre sont très probablement denses et riches en fer, ce qui leur a permis de rester stables au cours des temps géologiques.
Les chercheurs ont également mesuré le comportement du fer dans la structure cristalline de la bridgmanite en utilisant une technique de spectroscopie Mössbauer. Les résultats ont montré que la bridgmanite ferrifère est stable dans des conditions de températures extrêmes (plus de 2 000°C) et des pressions jusqu’à 130 gigapascals (GPa).
Cette étude est la première à combiner des mesures de densité et de rigidité haute précision avec la spectroscopie Mössbauer, ce qui a permis d’identifier le comportement du fer au sein de la bridgmanite. Les résultats montrent également qu’il est impossible que ces régions contiennent une grande quantité d’éléments radiogéniques.
Au vu des derniers résultats, il semble que le reste du manteau inférieur ne soit pas entièrement composé de bridgmanite, comme le pensait auparavant ; d’autres minéraux sont forcément présents
Il reste encore beaucoup de travail à faire, comme l’identification de la dynamique des plaques pendant la subduction, phénomène qui joue probablement un rôle en fournissant une force extérieure pour façonner les grandes régions riches en bridgmanite.
Source : Caltech : http://www.caltech.edu/

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drapeau-anglaisIt had been known for quite a long time that silicate perovskite crystals were a major component of the lower mantle rocks. But this mineral had never been observed in nature. It was not until 2014 that such an observation was made. It was then given the name bridgmanite to honor the memory of Percy Williams Bridgman, a pioneer of petrology rocks under high pressures.
Seismic observations of our planet’s interior have revealed three distinct structures, marking the boundary between its metallic core and silicate mantle. The structures include remnants of subducted plates from the Earth’s surface, ultralow velocity zones rich in iron and large dense provinces of unknown composition and mineralogy. New evidence has emerged showing the origin of these features, California Institute of Technology (Caltech) recently announced.
The layer in question is 2 900 km (1 802 miles) deep and its composition is highly important for understanding the evolution and dynamics of our Earth. A team of scientists has conducted a research which suggests that bridgmanite, the most common mineral on our planet, might occupy 20% of the boundary. Results of the research could explain previous seismic observations and geodynamical modeling results.
Beside occupying about 20 percent of the core-mantle boundary surface bridgmanite and rise up to a depth of about 1 500 km. This finding represents a breakthrough because although bridgmanite is the earth’s most abundant mineral, the researchers only recently have had the ability to precisely measure samples of it in an environment similar to what they think the materials are experiencing inside the earth.
The study has been conducted by taking precise X-ray measurements, with two different beamlines at the Advanced Photon Source of Argonne National Laboratory in Illinois, of synthetic bridgmanite samples compressed by diamond anvil cells (see image below) to over 1 million times the earth’s atmospheric pressure and heated to thousands of degrees. Gathered data has allowed the scientists to compare the results to seismic observations of the core-mantle boundary.
The new measurements of bridgmanite at deep mantle conditions allowed to show that these provinces are very likely to be dense and iron-rich, helping them to remain stable over geologic time.
Researchers have also measured the behavior of iron in the crystal structure of bridgmanite, by using a Mössbauer spectroscopy technique. Results showed the iron-bearing bridgmanite is stable in conditions of extreme temperatures over 2 000 °C (3 632 °F) and pressures up to 130 gigapascals (GPa).
This is the first study to combine high-accuracy density and stiffness measurements with Mössbauer spectroscopy, allowing to pinpoint iron’s behaviour within bridgmanite. The results also show that these provinces cannot possibly contain a large complement of radiogenic elements.
According to the newest results, it seems the rest of the lower mantle is not entirely composed of bridgmanite, as previously thought, and other phases, or minerals, need to be present as well.
There is still a lot of work to be done, such as identifying the dynamics of subducting slabs, which probably plays a role in providing an external force to shape these large bridgmanite provinces.
Source: Caltech: http://www.caltech.edu/

bridgmanite copie

Cette image montre un échantillon de bridgmanite porté à haute température par laser entre deux cellules à enclumes de diamant. Cette manipulation permet aux chercheurs de soumettre l’échantillon à des pressions supérieures à un million de fois l’atmosphère terrestre avec des températures de plusieurs milliers de degrés Celsius.

La NASA et la cendre volcanique // NASA and volcanic ash

drapeau-francaisLa NASA a étudié les impacts de la cendre sur les moteurs à réaction et a indiqué la semaine dernière que 80 aéronefs avaient traversé des nuages de cendre entre 1993 et 2008. A cause de l’éruption récente du Rinjani, la compagnie aérienne Virgin Australia a dû annuler de nombreux vols entre l’Australie et Bali et modifiera probablement sa gestion des vols à destination de l’Indonésie si le risque volcanique persiste. Les estimations relatives au début du mois de novembre montrent que les perturbations du trafic aérien ont coûté à l’économie de Bali plus de 3,2 millions de dollars en recettes touristiques.
Cinq ans après l’éruption islandaise de l’Eyjafjallajökull en 2010 et le chaos qu’elle a provoqué dans le transport aérien, les premiers tests réels sur l’impact de la cendre sur les moteurs des avions viennent d’être effectués par la NASA et les résultats devraient être connus en 2016.
L’éruption de 2010 est intervenue au moment même où la NASA essayait de mettre au point des systèmes de sécurité et des capteurs intelligents pour les moteurs d’avions commerciaux de prochaine génération. L’Administration a travaillé en partenariat avec d’autres organismes gouvernementaux et des groupes industriels pour effectuer une série de tests sur des moteurs au cours d’une ingestion simulée de cendre volcanique. A noter que dans le même temps, l’Europe travaillait sur le système AVOID dont personne ne parle plus.
L’US Air Force a fourni un avion de transport C-17 ainsi que deux moteurs F117 qui avaient été mis au rebut et qui ont été réhabilités en vue des tests.
Un premier test sur un moteur truffé de capteurs a été effectué en 2011 au Centre de Recherche de la NASA à la Base Edwards en Californie. Le but était de mettre au point un référentiel de performances pour le moteur et les capteurs.
Le deuxième essai, début 2013, a utilisé des céréales et des crayons de couleur, autrement dit des matériaux qui n’endommagent pas les moteurs, afin de vérifier que les capteurs pourraient détecter de petits morceaux de débris. Le but de ce test était de contrôler la sensibilité des capteurs.
Ces deux premiers tests préparaient le terrain pour le scénario en contexte réel : l’injection de cendre volcanique susceptible d’endommager sérieusement un moteur d’avion. Les chercheurs ont injecté la cendre dans les moteurs avec des teneurs faibles à élevées. Cette cendre provenait de l’éruption du Mont Mazama, qui a eu lieu vers 5700 ans avant JC, dans la région de Crater Lake.
La NASA va maintenant étudier les données transmises par les capteurs et publier les résultats quand chercheurs auront tiré des conclusions scientifiques fiables sur l’impact de la cendre volcanique sur les moteurs d’avions. Les résultats devraient être rendus publics pendant l’été 2016.
Source: The Daily Express: http://www.express.co.uk/

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drapeau-anglaisNASA has been examining how ash impacts a jet engine and mentioned last week that 80 aircraft flew through ash between 1993 and 2008. Because of the recent Rinjani eruption, Virgin Australia had to cancel many flights between Australia and Bali, and may change how they allocate flights to Indonesia if the volcanic hazard continues. Estimates from early November suggest that the flight disruptions have cost the economy in Bali over $3.2 million in tourist revenue.
Five years after the Icelandic volcanic ash mayhem of 2010 grounded hundreds of planes after the eruption of Eyjafjallajökull, the first real tests on the impact of engine contamination have only just been carried out and the results are not expected to be out until 2016.
The 2010 volcanic eruption came at the same time that NASA was looking at developing engine health management systems and smart sensors for next generation commercial aircraft engines. The Administration partnered with other Government agencies and industry groups to conduct the series of engine tests that actually simulated volcanic ash ingestion. In the meantime, Europe was working on the AVOID system which seems to have been abandoned.
The Air Force provided the plane, a C-17 cargo transport, and two F117 engines that had been slated for retirement, but were overhauled before the tests.
A first test on the engine, heavily instrumented with sensors, happened in 2011 at NASA’s Flight Research Center in California, but it only established engine and sensor performance baselines.
The second test, in early 2013, used cereal and crayons, material that wouldn’t harm the engines, to verify that the sensors could detect tiny bits of debris and that test only established the sensitivity of the sensors.
Both were only the building blocks for the real-world scenario – the introduction of introducing volcanic ash, which can and does tear up an engine.
Researchers introduced simulated volcanic ash into the engines at low and high flow rates. The volcanic ash used that was from the Mt Mazama eruption, which took place around 5700 BC in the Crater Lake area.
NASA will study the data and then publish results once the group can make solid scientific conclusions on just how volcanic ash can affect an airplane engine. Results are expected to be publicly released in summer 2016.
Source: The Daily Express: http://www.express.co.uk/

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La cendre volcanique: Un danger pour le trafic aérien (Photo: C. Grandpey)

Les mystères de l’Antarctique // Antarctica’s mysteries

drapeau-francaisL’Antarctique reste un mystère à bien des égards et les scientifiques se posent beaucoup de questions, en particulier à propos de l’alignement de volcans qui émergent de la calotte glaciaire. La très épaisse couche de glace qui recouvre le continent est un obstacle majeur aux observations et les scientifiques doivent avoir recours à des méthodes géophysiques, comme la sismologie, pour en savoir plus.
Un étudiant en sciences terrestres et planétaires de l’Université de Washington à St. Louis a déployé un réseau de sismomètres sur le système de rift de l’Antarctique Ouest et la Terre Marie Byrd au cours de l’été austral 2009-10. Il est ensuite retourné sur place à la fin de 2011 pour récupérer les précieuses données. Les enregistrements réalisés par les instruments ont été utilisés pour tracer des cartes de vitesses sismiques sous le rift. Une analyse des cartes a été publiée dans le numéro de novembre 2015 du Journal of Geophysical Research.
C’est la première fois que les sismologues parviennent à déployer des instruments suffisamment robustes capables de survivre à l’hiver dans cette partie de l’Antarctique, et c’est la première fois qu’ils obtiennent une image détaillée de la Terre qui se cache sous cette région.
Les cartes sismiques confirment la présence d’un amas de roche surchauffée à environ 95 km sous le Mont Sidley, le dernier volcan d’une chaîne de montagnes en Terre Marie Byrd, à une extrémité du transect. De manière plus surprenante, les cartes révèlent des roches chaudes sous la Fosse subglaciale de Bentley, un bassin profond à l’autre extrémité du transect.
La Fosse subglaciale de Bentley fait partie du système de rift de l’Antarctique Ouest et la roche chaude sous cette région indique que cette partie du système de rift a été active tout récemment.
Le Mont Sidley, le plus haut volcan d’Antarctique, se trouve directement au-dessus d’une région chaude dans le manteau. C’est l’édifice le plus méridional d’une chaîne de volcans en Terre Marie Byrd, région montagneuse qui se trouve près de la côte de l’Antarctique Ouest.
Un problème subsiste. En effet, comme à Hawaii par exemple, les volcans auraient dû s’édifier en suivant une ligne alors que la plaque avançait au-dessus du panache mantellique. En fait, la chaîne volcanique va dans une direction différente de la plaque antarctique et deux autres chaînes volcaniques situées à proximité sont orientées dans des directions encore différentes! Cependant, même si la morphologie de la zone chaude est mal définie, il est clair qu’il existe un flux de chaleur plus intense à la base de la calotte de glace dans cette région.
La conclusion la plus intéressante fournie par les données sismiques est la découverte d’une zone chaude en dessous de la Fosse subglaciale de Bentley, dépression qui fait partie du système de rift Ouest Antarctique, avec une série de failles qui jouxte les Montagnes Transantarctiques.
La vieille masse rocheuse de l’Antarctique oriental se dresse bien au-dessus du niveau de la mer, mais il existe à l’ouest des Montagnes Transantarctique une vallée de rift dont une grande partie se trouve à un kilomètre en dessous du niveau de la mer. Si la glace disparaissait, l’Antarctique Ouest pourrait se soulever, et la majeure partie se trouverait pratiquement au niveau de la mer. Toutefois, les dépressions étroites et plus profondes resteraient probablement en dessous de ce niveau. La Fosse subglaciale de Bentley, qui est le point le plus bas sur Terre à ne pas être couvert par un océan, se trouverait encore à un kilomètre et demi en dessous du niveau de la mer si la glace disparaissait.
Une période d’accrétion diffuse a créé la vallée du Rift à la fin du Crétacé, il y a environ 100 millions d’années, et une accrétion plus ciblée a donné naissance à des bassins profonds comme la Fosse subglaciale de Bentley et le rift de Terror dans la mer de Ross. On pense que le système de rift a eu une influence majeure sur les flux glaciaires dans l’Antarctique occidental.
Alors que le flux de chaleur qui perce la croûte terrestre a été mesuré dans au moins 34 000 endroits différents à travers le monde, il a été mesuré sur moins d’une douzaine de sites dans l’Antarctique. En juillet 2015, les scientifiques ont observé que le flux de chaleur dans l’un de ces sites était quatre fois supérieur à la moyenne mondiale. Les scientifiques se demandent pourquoi. L’extension récente enregistrée dans la Fosse subglaciale de Bentley pourrait expliquer ce phénomène.
Un autre problème est de comprendre la structure de l’Antarctique sous les glaciers de Thwaites et de Pine Island, qui se trouvent plus près de la côte que la Fosse subglaciale de Bentley. Ces deux glaciers sont considérés comme le «ventre mou» de la calotte glaciaire, car de fortes intensifications du flux glaciaire dans cette région pourraient, en théorie, provoquer la désintégration rapide de l’ensemble de la calotte de glace de l’Antarctique occidental.
Au cours des missions effectuées sur le terrain en 2014-2015, 10 stations sismiques supplémentaires ont été déployées dans la région. Venant s’ajouter aux sismomètres mis en place par les Britanniques, ces stations vont cartographier les dessous de cette région clé d’un point de vue géologique.
Source: Science 2.0: http://www.science20.com/

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drapeau-anglaisLots of questions are asked about Antarctica and in particular about the mysterious line of volcanoes that emerge from the ice sheet. The very thick layer of ice that covers the continent is a major obstacle to observations and scientists need to resort to geophysical methods, such as seismology, to learn more.
A graduate student in earth and planetary sciences at Washington University in St. Louis deployed an array of seismometers across the West Antarctic Rift System and Marie Byrd Land during the austral summer of 2009-10. He then returned in late 2011 to recover the precious data. The recordings made by the instruments were used to create maps of seismic velocities beneath the rift valley. An analysis of the maps was published in the November 2015 issue of the Journal of Geophysical Research.
This is the first time seismologists have been able to deploy instruments rugged enough to survive a winter in this part of Antarctica, and so this is the first detailed look at the Earth beneath this region.
The maps confirm the presence of a giant blob of superheated rock about 95 km beneath Mount Sidley, the last of a chain of volcanic mountains in Marie Byrd Land at one end of the transect. More surprisingly, they reveal hot rock beneath the Bentley Subglacial Trench, a deep basin at the other end of the transect.
The Bentley Subglacial Trench is part of the West Antarctic Rift System and hot rock beneath the region indicates that this part of the rift system was active quite recently.
Mount Sidley, the highest volcano in Antarctica, sits directly above a hot region in the mantle. It is the southernmost mountain in a volcanic mountain range in Marie Byrd Land, a mountainous region dotted with volcanoes near the coast of West Antarctica.
The mystery to be solved is that the volcanoes should have popped up in a row as the plate moved over a mantle plume. Actually, scientists think they know which direction the plate is moving, but the volcanic chain is going in a different direction and two additional nearby volcanic chains are oriented in yet other directions! However, although the hot zone’s shape is ill-defined, it is clear there is higher heat flow into the base of the ice sheet in this area.
The most interesting finding that results from the seismic data is the discovery of a hot zone beneath the Bentley Subglacial Trench. The basin is part of the West Antarctic Rift System, a series of rifts, adjacent to the Transantarctic Mountains.
The old rock of East Antarctica rises well above sea level, but west of the Transantarctic Mountains, there is a rift valley, much of which lies a kilometre below sea level. If the ice was removed, West Antarctica would rebound, and most of it would be near sea level. But the narrower and deeper basins might remain below it. The Bentley Subglacial Trench, which is the lowest point on Earth not covered by an ocean, would still be a kilometre and a half below sea level if the ice were removed.
A period of diffuse extension created the rift valley in the late Cretaceous, roughly 100 million years ago, and more focused extension then created deep basins like the Bentley Subglacial Basin and the Terror Rift in the Ross Sea. The rift system is thought to have a major influence on ice streams in West Antarctica.
While heat flow through the Earth’s crust has been measured at at least 34,000 different spots around the globe, in Antarctica it has been measured in less than a dozen places. In July 2015, scientists reported the heat flow at one of these spots was four times higher than the global average. Ever since then, scientists have been wondering why the reading was so high. Recent extension in the Bentley Subglacial Trench might explain the phenomenon.
The next big problem is to understand the structure under the Thwaites and Pine Island glaciers, which lie closer to the coastline than the Bentley Subglacial Trench. These two glaciers have been described as the ‘weak underbelly’ of the ice sheet because surges in the ice flow there could theoretically cause the rapid disintegration of the entire West Antarctic ice sheet.
During the 2014-2015 Antarctic field season, another 10 seismic stations were deployed in the region. Together with seismometers set up by the British, they will map the underside of this key area from a geological point of view.
Source: Science 2.0: http://www.science20.com/

Antarctica

Source: USGS

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                              Zone de vêlage du Glacier de Pine Island (Crédit photo: NASA)