Catégorie : Science

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)

Fonte de la glace en Arctique et en Antarctique // Ice melting in Arctic and Antarctica

drapeau francaisUne étude récente publiée dans Geophysical Research Letters confirme que l’Arctique s’est réchauffé et a vu son taux d’humidité croître depuis le début du 21ème siècle, tendance qui devrait se poursuivre dans les années à venir.
Les données fournies par la NASA montrent que la température moyenne de surface dans l’ensemble de l’Océan Arctique a augmenté en moyenne de 0,16 ° C par an de 2003 à 2013, tandis que la température de l’air a augmenté de 0,09 ° C par an au cours de la même période. Cependant, les changements ne sont pas répartis uniformément. Par exemple on a observé une forte augmentation au cours de la période allant de novembre à avril, au cours de laquelle la température globale de surface de l’Arctique a augmenté de 2,5 ° C et la température de l’air a augmenté de 1,5 ° C de 2003 à 2013.
Les données de la NASA ont également montré que le flux d’humidité – le transit de la vapeur d’eau entre l’océan et l’air – a augmenté presque tous les mois, mais la croissance la plus spectaculaire a été observée au cours des mois pendant lesquels l’eau était le moins recouverte de glace.
Cette étude est la première à faire le point sur les changements dans l’Arctique en utilisant les données fournies par le nouveau système AIRS de météo surveillance la NASA à bord du satellite Aqua envoyé dans l’espace en 2002. La superficie de la banquise arctique diminue depuis les premiers relevés satellitaires effectués en 1979. Le taux de réduction de la surface occupée par la glace en septembre (le mois avec le moins de glace de mer) a été de 13,3% jusqu’en 2014. Depuis le lancement du satellite Aqua équipé du système AIRS en 2002, la réduction de la glace a été spectaculaire, avec un niveau record atteint en 2012.
L’étude révèle qu’à l’échelle de l’Arctique, le début de la fonte de la glace a avancé de 6,2 jours de 2003 à 2013 et tandis que la formation de la banquise a été retardée de 11,2 jours durant cette même période. Il faut toutefois remarquer que les changements dans la répartition de la chaleur et du flux d’humidité, de même que dans le gel et le dégel de la glace de mer, sont variables et ne sont pas répartis uniformément dans tout l’Arctique.
Se référant aux tendances des données fournies par le système AIRS, les scientifiques pensent que l’Arctique va se réchauffer et devenir plus humide à l’avenir. On devrait assister à l’apparition d’un « nouveau climat arctique » dominé par des processus gérés par de vastes zones libres de glace pendant la majeure partie de l’année, avec un allongement de la période de fonte de la glace.

De l’autre côté de la Terre, en Antarctique, région particulièrement stable jusqu’à maintenant, la glace a commencé à fondre de manière spectaculaire et à un rythme rapide
L’analyse des données satellitaires montre que la couche de glace qui recouvre le sud de la péninsule antarctique avec ses nombreux glaciers, et qui était stable de 2000 à 2009, a commencé à fondre rapidement depuis cette date. Les glaciers, qui s’étirent le long de 750 km de côtes, déversent 60 kilomètres cubes de glace dans l’océan chaque année.
Dans une étude publiée dans le numéro de mai de la revue Science, un scientifique de l’Université de Bristol écrit que, dans quelques années, « la dynamique de la région sera totalement modifiée.» Les instruments de télédétection du satellite CryoSat 2 révèlent que la surface de certains glaciers perd en épaisseur près de quatre mètres chaque année. Cette perte de la glace est si importante qu’elle est également à l’origine des changements dans le champ gravitationnel de la Terre détectés par les satellites GRACE (Gravity Recovery et Climat Experiment).
La disparition rapide des glaciers n’est pas provoquée par une réduction des chutes de neige annuelles ou par des températures de l’air plus élevées. Elle est causée par l’amincissement des plateformes littorales de glace. Lorsque ces plateformes sont épaisses, elles ralentissent ou arrêtent la progression des glaciers et les empêchent de glisser dans la mer. Mais si ces plateformes deviennent moins épaisses, elles ne peuvent plus retenir l’énorme masse de glace et les glaciers accélèrent leur avancée vers l’océan. Ce mécanisme a déjà permis à des glaciers d’autres régions de l’Antarctique d’accélérer leur progression vers la mer.
Dans l’ensemble, les plateformes de glace qui bordent la partie sud de la péninsule antarctique ont perdu près d’un cinquième de leur épaisseur depuis le début des années 1990. Les scientifiques pensent que la cause probable est un changement de direction des vents dans l’Océan Austral, suite au changement climatique. Avec ce changement, les vents poussent l’eau plus chaude vers les plateformes de glace, ce qui les fait fondre par dessous.
En raison de cette fonte de la glace, en quelques années le sud de la péninsule de l’Antarctique est devenu le deuxième contributeur à l’élévation du niveau de la mer dans l’Antarctique et pourrait jouer un rôle encore plus important dans un proche avenir. Comme l’a fait remarquer un chercheur : « Une fois que la perte de glace dynamique a été initiée, il est difficile de l’arrêter. »
Source: Scientific American.

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drapeau anglaisA new study published in Geophysical Research Letters confirms that the Arctic has become warmer and wetter since the beginning of the 21st century, a self-reinforcing trend likely to continue.

Data from NASA shows that average surface temperatures across the Arctic Ocean increased an average of 0.16°C per year from 2003 to 2013, and air temperatures rose 0.09°C annually over the same period. However, the changes weren’t evenly distributed. They were dominated by large increases in the November-to-April period, during which Arctic-wide surface temperatures rose 2.5°C and air temperatures rose 1.5°C from 2003 to 2013.

The NASA data also showed that moisture flux – the transport of water vapour from the ocean to the air – increased in nearly all the months, but grew most dramatically during months of maximum open water.

The study is the first to summarize changes in the Arctic using data from NASA’s new AIRS weather-monitoring system attached to the agency’s Aqua satellite that was launched into space in 2002. Arctic sea-ice extent has diminished since satellite records began in 1979. In that period, the rate of ice-extent decline in September (the month of minimum sea ice) was 13.3% through 2014. Since the 2002 launch of the AIRS-equipped Aqua satellite, ice changes have been dramatic; the record low was hit in 2012.

The study found that Arctic-wide, the onset of melt advanced by 6.2 days from 2003 to 2013 and the annual refreeze was delayed by 11.2 days. However, the changes in the patterns of heat and levels of moisture flux, like the changes in sea-ice melt and freeze, are variable and not uniform throughout the Arctic.

Based on trends seen in the AIRS data, scientists expect the Arctic to become warmer and wetter in the future, changing to a ‘New Arctic’ climate, one that is dominated by processes affected by large ice-free areas for the majority of the year as the melt season lengthens.

On the other side of the Earth, in the once-stable region of Antarctica, ice is suddenly melting, and at a fast rate

Analysis of satellite data shows that although the massive ice sheet on the southern Antarctic Peninsula, made up of multiple glaciers, was stable from 2000 to 2009, since then it has begun to melt rapidly. The glaciers, stretching along 750 kilometres of coastline, are shedding 60 cubic kilometres of ice into the ocean each year.

In a study published in the May issue of Science, a scientist at the University of Bristol writes that in just a few years the dynamics of the region “completely shifted. » The surface of some of the glaciers is dropping by as much as four metres each year, as measured by remote-sensing instruments on the CryoSat 2 satellite. The ice loss is so great it is also causing changes in Earth’s gravitational field, which have been detected by GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellites.

The glaciers’ quick disappearance is not caused by a reduction in annual snowfall or by warmer air temperatures. It is caused by thinning ice shelves. When the shelves are thick, they slow or even stop the glaciers they are connected to from sliding into the sea. But if the shelves thin too much they can no longer hold back the enormous ice mass on land, and the glaciers accelerate their march into the ocean. This mechanism already has allowed glaciers in other regions of Antarctica to speed up their progress toward the sea.

Overall, the ice shelves along the southern Antarctic Peninsula have lost almost one fifth of their thickness since the early 1990s. Scientists say the likely cause is a change in winds across the Southern Ocean, a result of climate change. The shifting winds are pushing warmer water toward the ice shelves, melting them from below.

Because of this melting, in a few years the southern Antarctic Peninsula has become the second largest contributor to sea level rise in Antarctica and could become an even bigger player in the near future. As one scientist put it, “once dynamic ice loss has been initiated, it is hard to stop.”

Source: Scientific American.

Photos:  C.  Grandpey

Sakurajima (Japon): Dernières nouvelles // Latest news

drapeau francais6 heures: Le Sakurajima est maintenu en alerte 4 sur une échelle de 5 niveaux. Quand la couverture nuageuse n’enveloppe pas le sommet, le volcan semble calme, avec seulement un panache blanc plus ou moins dense et pas, ou très peu, chargé en cendre.

Un ami qui se trouvait au Japon ces derniers jours indique que l’accès aux 3 derniers kilomètres qui conduisent  sommet est fermé. Il n’y a pas de restriction d’accès à la « presqu’île volcan » mais seuls de courts arrêts son tolérés sur les points d’observations et les parking sont fermés. Les avions qui desservent l’aéroport de Kagoshima continuent de passer très près du volcan et à très basse altitude !

Il faut noter que le sommet du Sakurajima a considérablement gonflé au cours des derniers mois. L’inflation atteint 16 centimètres entre le 4 janvier et le 17 août 2015, selon les mesures radar effectuées par le satellite ALOS-2 de l’agence japonaise JAXA. Cela signifie qu’il y a une ascension de magma jusque dans la partie supérieure de l’édifice volcanique. La question est de savoir si une éruption aura lieu et quand. L’état actuel de la volcanologie ne permet pas de donner une réponse fiable.

La JMA indique qu’une petite éruption a été observée le 18 août, avec un panache qui est monté à 500 mètres au-dessus du cratère. De l’incandescence était également visible au sommet du volcan.

Pour terminer, des gaz volcaniques ont été détectés sur le plancher de l’océan dans le port de Futatsumata, dans la partie nord de la presqu’île où trône le Sakurajima, à environ 5 km du sommet du volcan.

Sources : Sylvain Chermette, agence 80 Jours Voyages (http://80joursvoyages.com/); Japan Meteorological Agency.

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17h00: Au cours d’une réunion tenue ce vendredi, le Comité de Coordination pour la Prévision des Eruptions Volcaniques a indiqué qu’il était nécessaire de continuer à surveiller étroitement l’activité du Sakurajima car une nouvelle petite éruption venait d’avoir lieu vers 14 heures ce vendredi, après celle de mercredi qui avait émis un panache de cendre de 400 mètres au-dessus du cratère. Le Comité a ajouté que le risque d’une éruption majeure semblait diminuer. Cependant, la JMA maintient le niveau d’alerte à 4, sur une échelle de 5, et conseille aux habitants vivant à proximité du volcan de se tenir prêts à évacuer.
Une semaine après la hausse du niveau d’alerte volcanique, la ville de Kagoshima s’inquiète des effets négatifs de la situation sur l’industrie touristique locale. Un feu d’artifice (qui avait attiré 135 000 personnes l’an dernier) et le tournoi de football pour enfants ont été annulés. Il y a une forte augmentation des annulations de réservations d’hébergement. Le Sakurajima Visitor Center, un musée présentant l’histoire des éruptions du volcan, a vu le nombre de visiteurs chuter de 650 à environ 150 par jour.
Source: The Japan Times.

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drapeau anglais06:00: Sakurajima is kept on alert 4 on a scale of 5 levels. When the clouds do not shroud the summit, the volcano looks calm, with only a white plume and no or very little ash.
A friend of mine who was in Japan in recent days indicates that access to the last three kilometers to the summit is closed. There ‘s no access restriction to the « volcano peninsula » but only short stops are allowed at the observation points and parkings are closed. The planes that serve Kagoshima airport continue to pass very close to the volcano and at very low altitude!

The summit of the volcano has inflated a lot, by approximately 16 cm from January 4th to August 17th, 2015, according to radar measurements done by JAXA’s ALOS-2 satellite.

This suggests that a significant batch of new magma is currently stored in the volcano’s upper plumbing system and the question remains when and how it might erupt.

JMA indicates that a very small eruption was observed on August 18th, with a plume that rose about 500 meters above the crater. The Agency added it observed glow above the summit.

Additionally, volcanic gas releases have been detected at the sea floor of the Futatsumata Port on the northern shore of Sakurajima peninsula. The port is located approximately 5 km from the summit.

Sources : Sylvain Chermette, agence 80 Jours Voyages (http://80joursvoyages.com/); Japan Meteorological Agency.

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17:00: During a meeting held this Friday, the Coordinating Committee for Prediction of Volcanic Eruptions said it is necessary to keep closely watching the volcanic activities of Mount Sakurajima as another small eruption occurred. The Committee adds that the risk of a major eruption seems to be diminishing. However, the JMA keeps the alert level at 4, on a scale of 5, instructing nearby residents to prepare to evacuate.

A small volcanic eruption occurred at around 2 p.m. on Friday, following one on Wednesday, shooting ash some 400 metres above the crater.

A week since the volcanic alert was raised, the city of Kagoshima shows mounting concern about negative effects on the local tourism industry. A fireworks display (which attracted 135,000 people last year) and a children’s soccer tournament have been cancelled. There is a marked increase in the cancellations of accommodation reservations. The Sakurajima Visitor Center, a museum displaying the history of the volcano’s eruptions, has seen the number of visitors drop from 650 to about 150 per day.

Source : The Japan Times.

Sakurajima inflation

Carte interférométrique montrant la déformation subie par le sommet du Sakurajima (Source: JAXA)

L’hélium et l’éruption de l’Ontake en septembre 2014 // Helium and the Ontake eruption in September 2014

drapeau francaisL’Institut de Recherche Sismique de l’Université de Tokyo a publié un article très intéressant sur la dernière éruption du Mont Ontake le 27 Septembre 2014, avec ses 58 morts et 5 disparus. Les chercheurs ont découvert une augmentation d’un isotope d’hélium au cours d’une période de dix ans avant l’éruption. Ils ont constaté qu’avant l’éruption le rapport entre l’hélium-3 et l’hélium-4 dans la source d’eau chaude la plus proche de l’édifice volcanique avait augmenté de manière significative entre juin 2003 et novembre 2014, tandis que ce rapport au niveau des sources chaudes plus éloignées ne montrait pas de réelle variation. En outre, les rapports isotopiques sur la source d’eau chaude la plus proche sont restés constants entre novembre 1981 et juin 2000.
Ces résultats laissent supposer que cette anomalie isotopique de l’hélium est liée à l’activation du système magmatique du volcan et pourrait constituer un marqueur utile dans la prévention des risques à long terme en ce qui concerne les éruptions volcaniques.
De petites quantités de l’isotope de l’hélium-3 sont présentes dans le manteau, tandis que l’hélium-4 est produit dans la croûte et le manteau par détérioration radioactive. Un rapport plus élevé du rapport hélium-3 / hélium-4 indique donc qu’une partie de l’hélium provient du manteau plutôt que de la croûte. Des recherches antérieures ont suggéré que la variation des ratios isotopiques de l’hélium au fil du temps dans les fumerolles du cratère et les sources chaudes allait de pair avec l’activité volcanique. Cependant, les anomalies isotopiques d’hélium dont font état ces études étaient toutes liées à des éruptions magmatiques et non à des éruptions phréatiques, comme celle qui a secoué le Mont Ontake.
Les derniers résultats suggèrent que les anomalies d’hélium sont également associées à des éruptions phréatiques. Le groupe de recherche estime que l’augmentation des gaz magmatiques sur une période de dix ans a abouti à lente mise sous pression des conduits volcaniques et a finalement abouti à l’éruption de septembre 2014.
Cette étude montre l’importance de l’étude des gaz en volcanologie. Ce fut le cheval de bataille d’Haroun Tazieff dans son approche des volcans actifs. Comme lui, je suis convaincu que cette étude est essentielle étant donné que les gaz sont le moteur des éruptions. Je me souviens d’avoir travaillé sur l’île de Vulcano (Sicile / Italie) avec l’équipe de l’Institut des Fluides de Palerme dont le travail consistait essentiellement à identifier l’hélium et le gaz carbonique à l’intérieur des fumerolles de la Fossa.

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drapeau anglaisThe Earthquake Research Institute of the University of Tokyo has released a very interesting article about the 27 September 2014 eruption of Mount Ontake that resulted in 58 deaths and 5 missing. The researchers discovered an increase in a helium isotope during a ten-year period before the eruption. They found that prior to the eruption, the helium-3 to helium-4 ratio at the hot spring closest to the volcanic cone increased significantly from June 2003 to November 2014, while that at distant hot springs showed no significant change. In addition, the helium isotopic ratios of the closest hot spring remained constant from November 1981 to June 2000.

These findings suggest that this helium isotope anomaly is related to activation of the volcano’s magma system and could be a valuable marker for long-term risk mitigation concerning volcanic eruptions.

Small quantities of the isotope helium-3 are present in the mantle, while helium-4 is produced in the crust and mantle by radioactive decay. A higher ratio of helium-3 to helium-4 therefore indicates that a sample of helium gas originates from the mantle rather than the crust. Previous research suggested that variation of helium isotopic ratios over time in crater fumaroles and hot springs correlates well with volcanic activity. However, helium anomalies reported in these studies were all related to magmatic eruptions, and not to hydro-volcanic or phreatic eruptions like the one that shook Mount Ontake.

The new findings suggest that helium anomalies are also associated with phreatic eruptions. The research group thinks that increased input of magmatic gas over a ten-year period resulted in the slow pressurization of the volcanic conduit and eventually led to the eruption.

This study shows the importance of the study of gases in volcanology. This was Haroun Tazieff’s guideline in his approach of active volcanoes. Like him, I was (and I am still) convinced that this study was essential as the gases are the motor of an eruption. I can remember working on the island of Vulcano (Sicily / Italy) with the team of the Institute of Fluids of Palermo whose work mainly consisted in identifying He and CO2 within the fumaroles of the Fossa volcano.

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L’Ontake quelques jours après l’éruption du 27 septembre (Source: JMA)