Catégorie : Science

Le dégel du permafrost: un danger pour la planète!

Bien que ce ne soit pas lié au monde des volcans, j’aimerais m’attarder à nouveau sur le réchauffement climatique et ses effets sur notre environnement.

Il y a quelques jours, l’Anchorage Daily News, quotidien très populaire en Alaska, a publié un article consacré à la fonte du permafrost (ou pergélisol), phénomène auquel sont très sensibles les contrées nordiques. Lorsque l’on voyage en Alaska ou dans le Yukon, on s’aperçoit très vite des conséquences de sa fonte sur les infrastructures routières, avec de longues balafres qui rendent parfois la conduite délicate (voir ma note du 16 septembre 2011). Il y a deux ans, Nicolas Vanier (Le Dernier Trappeur) me confiait qu’il avait vu des forêts « s’effondrer » en Sibérie car le sol gelé n’était plus là pour les maintenir à la verticale.

L’article de l’Anchorage Daily News attire l’attention des lecteurs sur un autre aspect de la fonte du pergélisol : les émanations gazeuses. En effet, les chercheurs ont commencé récemment à mesurer les émissions de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2) provoquées par la fonte du permafrost et ils se sont aperçus que les quantités – non encore prises en compte lors des réunions internationales sur le réchauffement climatique – étaient bien supérieures à ce qui avait été estimé jusqu’alors.

Le permafrost – sol qui reste gelé pendant au moins deux années d’affilée – recèle de vaste quantités de matière végétale en décomposition. Au moment du dégel, cette matière libère du CO2 et, encore plus inquiétant, du CH4. Le réchauffement global de la planète provoque un effet cyclique : au cours du réchauffement de la Terre, les températures plus élevées sont une menace pour le permafrost qui va fondre et libérer ces mêmes gaz à effet de serre qui contribuent au réchauffement de la Terre.

Il est donc urgent que la communauté internationale prenne en compte l’impact du permafrost et les émissions de CO2 et CH4 lors des réunions sur le changement climatique. Les chercheurs américains ont démontré que le permafrost présent à la surface de la Terre contient 1700 gigatonnes de carbone sous forme de matière organique gelée (une gigatonne est équivalent à un milliard – 109 tonnes). Cela représente deux fois la quantité de carbone actuellement présente dans l’atmosphère ! On réalise donc l’impact que les gaz libérés lors du dégel du  permafrost pourraient avoir dans les années à venir en cas d’accélération du phénomène.

Le rapport des chercheurs recommande par ailleurs aux nations où le permafrost est très répandu (Etats Unis, Canada, Chine et Russie) de créer des réseaux de surveillance et de mettre au point des plans afin d’atténuer les dégâts occasionnés par le dégel du pergélisol, en particulier dans les régions les plus exposées. En Alaska par exemple, des entreprises, des routes ainsi que des infrastructures gazières et pétrolières ont été construites sur des zones où le sol était gelé en permanence, donc très stable. Si ce sol vient à dégeler, ces structures peuvent s’effondrer. Actuellement, les responsables des routes du Yukon essayent de mettre au point des techniques qui permettraient de limiter les dégâts causés par le dégel du permafrost.

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Exemple de « forêt ivre » (« drunken forest ») où les arbres ne sont plus maintenus en place par le permafrost

[Crédit photo:  NOAA)

Ré-émergence de la croûte terrestre // Re-emergence of the Earth’s crust

drapeau francais  C’est bien connu : la Terre est une planète vivante avec des plaques tectoniques qui se déplacent en générant des phénomènes de collision, d’accrétion ou de subduction. Au cours de cette dernière, des morceaux de la croûte terrestre plongent dans les profondeurs et rejoignent le manteau qui leur a donné naissance longtemps auparavant. On pensait qu’un jour ou l’autre cette croûte terrestre « avalée » au cours du processus de subduction pouvait remonter à la surface au cours d’éruptions volcaniques, mais on n’en avait pas vraiment la preuve.

La réponse vient peut-être d’être donnée avec la découverte de signatures anormales en isotopes du soufre dans les laves de Mangaia, volcan de point chaud des Iles Cook (Polynésie) entré en éruption il y a quelque 20 millions d’années. Cette découverte indique la présence, dans le manteau terrestre profond, d’une croûte océanique archéenne, vieille d’au moins 2,45 milliards d’années. Les signatures confirment définitivement l’hypothèse du recyclage des matériaux de la croûte océanique lors de la phase de subduction, ainsi que son stockage et sa remontée par le volcanisme. Ces travaux menés par une équipe de chercheurs américains, français et suédois sont publiés dans la revue Nature le 24 avril 2013.

Pour trouver l’âge de cette ancienne croûte terrestre recyclée, les scientifiques ont analysé les isotopes de soufre dans les basaltes de Mangaia. Ils ont alors découvert que ces isotopes étaient ceux qui pouvait uniquement se former lors d’une réaction avec une lumière intense, phénomène qui s’est probablement produit avant que l’atmosphère contienne beaucoup d’oxygène. En effet, une fois que le gaz eut formé une couche d’ozone primitive, une lumière intense ne pouvait plus atteindre la surface de la Terre.

Puisque nous savons que l’atmosphère terrestre a commencé à inclure des quantités mesurables d’oxygène il y a environ 2,45 milliards d’années, il est probable que la croûte s’est formée et s’est ensuite enfoncée par subduction à cette époque.

Sources: The New Scientist, Science Daily.

 

drapeau anglais  It’s a well-known fact: the Earth is a living planet with tectonic plates that move generating phenomena of collision, accretion or subduction. In the latter, pieces of the crust plunge down into the deep mantle that gave them birth long ago. We thought that one day or another this crust « swallowed » during the subduction process  could rise to the surface during volcanic eruptions, but we did not really have a proof of this.
The answer just might be given with the discovery of abnormal sulfur isotope signatures in the lavas of Mangaia, a  hot spot  volcano of the Cook Islands (French Polynesia) that erupted some 20 million years ago. This finding indicates the presence in the deep mantle, of an Archean oceanic crust  at least 2.45 billion years old. Signatures definitely confirm the hypothesis of the recycling of materials from oceanic crust during the subduction phase, as well as its storage and its rise to the surface through volcanism. This study by a team of American, French and Swedish researchers was published in the April 24, 2013 issue of the journal Nature.
To find the age of the ancient recycled crust, scientists analyzed sulfur isotopes in the basalts of Mangaia. They discovered that these isotopes were those that could only be formed upon reaction with an intense light, a phenomenon that probably occurred before the atmosphere contained a lot of oxygen. Indeed, once the gas had formed a primitive ozone layer, intense light could not reach the surface of the Earth.
Since we know that the Earth’s atmosphere began to include measurable amounts of oxygen about 2.45 billion years ago, it is likely that the crust formed and then plunged through subduction at that time .

Sources: The New Scientist, Science Daily.

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Mangaia vue depuis l’espace en 2001.  (Crédit photo: NASA)

Un nouveau télescope bientôt sur le Mauna Kea (Hawaii / Etats Unis) // Thirty-metre telescope soon on Mauna Kea

drapeau francais    Un  projet proposé par les universités de Californie et du Canada pour construire le plus grand télescope du monde (Thirty Metre telescope) au sommet du Mauna Kea à Hawaï vient de remporter l’approbation des autorités. L’Université d’Hawaii est également impliquée dans le projet car elle loue le sommet du volcan à l’État d’Hawaii. La Chine, l’Inde et le Japon ont signé pour être partenaires.

Le télescope sera en mesure d’observer les planètes en orbite autour des étoiles autres que le soleil et il permettra aux astronomes d’observer la formation de nouvelles planètes et étoiles. Il leur permettra aussi de voir à quelque 13 milliards d’années lumière et d’obtenir un aperçu des premières années de l’univers.
Le coût de construction devrait dépasser 1 milliard de dollars.
Le miroir primaire du télescope, d’un diamètre de près de 30 mètres, aura une surface de réception neuf fois supérieure à celle des plus grands télescopes optiques en usage aujourd’hui. Les images seront également trois fois plus nettes.

Pourtant, le télescope ne sera peut-être pas le plus grand au monde pendant longtemps. Un groupe de pays européens prévoit de construire le European Extremely Large Telescope qui aura un miroir de 41 mètres de large.
Certains groupes autochtones hawaïens ont signé une pétition contre le projet, arguant qu’il viendrait souiller le sommet de la montagne sacrée. En effet, la tradition hawaïenne considère que les hautes altitudes sont sacrées et sont une passerelle vers le ciel. Dans le passé, seuls les grands chefs et les prêtres étaient autorisés à accéder au sommet du Mauna Kea. La montagne est considérée officiellement comme un site funéraire, et peut-être plus.
Les écologistes ont aussi lancé une pétition pour arrêter le télescope au motif qu’il porterait atteinte à l’habitat  du très rare wekiu bug, un insecte endémique de la Grande Ile.

Source : Presse hawaiienne.

drapeau anglais   A plan by California and Canadian universities to build the world’s largest telescope (Thirty Metre telescope) at the summit of Hawaii‘s Mauna Kea volcano has just won approval from the authorities. The University of Hawaii is also involved because it leases the summit land from the state of Hawaii. China, India and Japan have signed on to be partners

The telescope would be able to observe planets that orbit stars other than the sun and enable astronomers to watch new planets and stars being formed. It should also help scientists see some 13 billion light years away for a glimpse into the early years of the universe.

Construction costs are expected to top $1 billion.

The telescope’s segmented primary mirror, which is nearly 30 metres across, will give it nine times the collecting area of the largest optical telescopes in use today. Its images will also be three times sharper.

But the telescope may not hold the world’s largest title for long. A group of European countries plans to build the European Extremely Large Telescope, which will have a mirror 41 metres wide.

Some Native Hawaiian groups had petitioned against the project, arguing it would defile the mountain’s sacred summit. Indeed, Hawaiian tradition holds that high altitudes are sacred and are a gateway to heaven. In the past, only high chiefs and priests were allowed at Mauna Kea’s summit. The mountain is home to a confirmed burial site, and perhaps more.

Environmentalists also petitioned to stop the telescope on the grounds it would harm habitat for the rare wekiu bug, an endemic insect of BigIsland.

Source: Presse hawaiienne.

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Mauna Kea: la pureté au-dessus des nuages  (Photo:  C. Grandpey)

 

Les secrets du Vieux Fidèle // Old Faithful’s secrets (Yellowstone / Etats Unis)

 drapeau francais   Selon une étude récente effectuée par des scientifiques de l’Université de Savoie au Bourget du Lac, France, une cavité souterraine jusque-là inconnue serait la cause possible des éruptions très régulières du Vieux Fidèle (Old Faithful), le célèbre geyser du Parc National de Yellowstone. Les chercheurs qui ont découvert de nouvelles preuves de l’existence de cette cavité pensent qu’elle stocke l’eau quasi bouillante sous pression, la vapeur et d’autres gaz qui  provoquent les éruptions du Vieux Fidèle.

Le modèle de geyser réalisé par les premiers explorateurs il y a un siècle a montré qu’il existait effectivement une cavité, mais personne n’a été capable de la trouver. Depuis lors, les scientifiques qui ont étudié le Vieux Fidèle ont d’abord conclu que « le rétrécissement d’un passage souterrain par lequel passaient les fluides brûlants du geyser était suffisant pour provoquer l’écoulement difficile et produire une éruption régulière ».

L’an dernier, plusieurs études ont révélé l’existence de cavités associées à des geysers. Cela a poussé les scientifiques à réévaluer leur compréhension des geysers et à modifier leurs modèles en incluant les réservoirs souterrains qui stockent la vapeur sous pression et les gaz qui alimentent les éruptions.
Maintenant, avec de nouveaux indices suggérant qu’une cavité existe sous le Vieux Fidèle, les chercheurs français pensent qu’elle pourrait jouer le rôle du réservoir – ou chambre à bulles – où l’eau riche en soufre qui donne naissance au geyser s’accumule et provoque la pression nécessaire à son éruption.
Les chercheurs ont découvert la cavité en analysant à nouveau des données sismiques anciennes et en localisant l’origine des secousses souterraines précédemment négligées.
Dans la mesure où les expériences sur le terrain ne sont plus autorisés sur le site du Vieux Fidèle, les chercheurs ont analysé à nouveau 3 heures d’enregistrements sismiques effectués par le sismologue Sharon Kedar en 1992. En utilisant une technique développée à l’origine pour localiser les sources sonores dans l’océan, ils ont pu reconstituer la cavité point par point, secousse sismique par secousse sismique.

A l’intérieur de la ‘tuyauterie’souterraine du Vieux Fidèle, l’eau ne cesse de bouillonner, ce qui génère de minuscules secousses qui se répercutent sur la terre environnante. En analysant l’intensité et le temps d’arrivée de ces secousses sur 96 capteurs sismiques situés autour du geyser, les scientifiques français ont pu déterminer l’origine de chaque secousse.
C’est ainsi qu’ils ont constaté que de nombreuses secousses déclenchées par les bulles ne provenaient pas du chenal principal du Vieux Fidèle. Au lieu de cela, elles avaient leur origine dans une zone souterraine située entre le Vieux Fidèle et le Split Cone, un geyser faiblement actif au sud-ouest, ce qui indique qu’il existe une cavité d’environ 10 mètres de diamètre dans ce secteur, avec de l’eau bouillonnante à l’intérieur. Apparemment, les bulles de gaz à l’intérieur de la cavité explosent quand elles entrent en collision avec la voûte et les parois,  ce qui génère de petites séquences d’activité sismique que l’équipe de chercheurs a analysées afin de reconstituer la forme de la cavité et son emplacement.

L’activité volcanique sous le geyser vaporise l’eau souterraine et la transforme en vapeur qui s’élève ensuite vers la surface grâce à des canaux souterrains. L‘eau condensée plus froide à proximité de la surface empêche la vapeur de s’échapper et la pousse vers le bas, créant ainsi un système sous pression. L’eau dans la partie supérieure du conduit exerce une poussée vers le bas tandis que la vapeur chaude dans la source exerce une poussée vers le haut. L’interaction entre le poids croissant de l’eau et de la pression croissante de la vapeur ultra–chaude sous pression pousse l’eau de surface vers le haut et vers le bas. Finalement, un peu d’eau s’échappe par le geyser ; cela réduit la pression et permet à la vapeur d’occuper rapidement un plus grand espace, ce qui déclenche une éruption.

Quand les scientifiques ont commencé à étudier le Vieux Fidèle dans les années 1980 et 1990, ils ont conclu que la structure complexe du chenal principal était suffisante pour expliquer les éruptions du geyser. D‘autres recherches récentes montrent que les geysers ont besoin de grandes quantités de vapeur d’eau, de gaz sous pression et d’eau pour alimenter le jet éruptif et donc que l’espace de stockage dans le chenal principal n’est peut-être pas suffisant.
En Septembre dernier, une étude menée en Californie a montré que les eaux souterraines très chaudes stockées dans des réservoirs à 42 mètres sous la surface d’un geyser fournissaient la puissance nécessaire au déclenchement des éruptions d’un geyser.
Des scientifiques russes ont récemment filmé la ‘tuyauterie’ intérieure de quatre geysers au Kamtchatka en faisant descendre des caméras dans leur orifice (voir ma note du 16 février 2013). A l’intérieur, leurs films ont montré des canaux horizontaux en provenance des conduits principaux. Les Russes pensent que ces canaux raccordent les conduits principaux à des chambres remplies de bulles de gaz et de vapeur.
De leur côté, les scientifiques français pensent que la cavité qu’ils ont découvert sous le Vieux Fidèle joue un rôle important dans le déclenchement des éruptions du geyser et est une preuve supplémentaire de l’existence de chambres à bulles souterraines qui alimentent les éruptions des geysers en général..

Source : Planet Jackson Hole.

 

drapeau anglais   According to a recent study made by scientists of the Université de Savoie in Le Bourget du Lac, France, a previously unknown underground cavity might help trigger the timely eruptions of the famous Old Faithful in YellowstoneNational park. The researchers who uncovered new evidence of a chamber suspect that it stores the pressurized near-boiling water, steam, and other gases that propel Old Faithful’s eruptions.

The first model of geysers made by early explorers one century ago showed a cavity, but no one was able to find the cavity or prove that it existed. Since then, scientists who first studied Old Faithful concluded that the narrowing of a subterranean passage through which the geyser’s searing fluids pass “was enough to provoke the choked flow and produce a regular eruption.

However, within the last year, new evidence of geyser-associated cavities turning up in several studies has prompted scientists to re-evaluate their understanding of geysers and modify their models to include subterranean reservoirs that store the pressurized steam and gas that fuels the eruptions.

Now with fresh signs that a cavity may be present beneath Old Faithful, the French researchers speculate that this cavity might act as such a reservoir, or bubble chamber, where the sulphurous brew that becomes the geyser accumulates and builds up pressure.

The researchers discovered the cavity after reprocessing old seismic data and locating the origin of previously overlooked subterranean shaking.  

Because experiments are no longer allowed at Old Faithful, the researchers re-analyzed 3 hours of seismic recordings taken by seismologist Sharon Kedar in 1992. Using a technique that was originally developed to locate sources of sound in the ocean, the cavity was revealed piece by piece, one tremor at a time.

Inside Old Faithful’s underground plumbing, ground water is continually boiling and bubbling, producing tiny tremors that shake the surrounding earth. By analyzing the intensity and arrival times of these tremors at 96 seismic sensors located around the geyser, the French scientists were able to reconstruct where each tremor originated.

As they did so, they found that many bubble-triggered tremors did not originate in Old Faithful’s main channel. Instead, they arose from an underground zone located between Old Faithful Geyser and Split Cone, a weakly active geyser to the southwest, indicating that there is a hollow chamber there, some 10 metres in diameter, holding bubbling water. Gas bubbles in the cavity apparently explode as they collide with the roof and walls, generating the small amounts of seismic activity that the research team interpreted to reconstruct the cavity’s shape and location.

Volcanic activity below the geyser vaporizes groundwater and turns it into steam, which then rises through underground channels toward the surface. Cooler condensed water near the surface blocks the steam’s escape and pushes it back down, creating a pressurized system.

The water in the upper part of the conduit is the mass pushing down, and the hot steam is the spring, pushing up.

The interplay between a growing weight of water and the increasing pressure of the ultra-hot pressurized steam pushes the surface water up and down. Eventually, some of the water escapes through the geyser, which reduces the pressure and allows the steam to rapidly expand, triggering an eruption.

When scientists first studied Old Faithful in the late 1980s and 1990s, they suspected that the complex structure of the main channel was sufficient to account for the geyser’s eruptions.

But other recent research shows that geysers need large amounts of pressurized steam, gas and water to fuel the spray of water—and that the storage space in the main channel might not be enough.

Last September, a California study showed that heated groundwater stored in underground reservoirs 42 metres below the surface of a geyser provided the fire-power necessary to propel the geyser’s eruptions.

Russian scientists also recently filmed the inner plumbing of four geysers in Kamchatka by lowering video cameras into the geysers’ mouths (see my note of February 16th 2013). Inside, their films showed, bubbling horizontal channels branched off of the main conduits—leading them to believe that these channels connect the main conduits of the geysers they studied to gas-and-steam-filled bubble chambers.

The French researchers suspect that the cavity they discovered below Old Faithful plays a large role in propelling the geyser’s eruptions and is further evidence supporting the existence of subterranean bubble chambers that fuel geyser eruptions.

Source : Planet Jackson Hole.

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Schéma possible des entrailles du Vieux Fidèle

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(Photo:  C. Grandpey)