Catégorie : Science

A l’intérieur des geysers // Inside geysers

   Voici une vidéo intéressante (en cliquant sur le lien ci-dessous) réalisée par deux géologues russes qui ont essayé de comprendre le fonctionnement des geysers en introduisant une caméra très robuste à l’intérieur des conduits de six d’entre eux dans la célèbre Vallée des Geysers au Kamchatka.

Les vidéos ainsi obtenues, complétées par l’étude des roches autour d’anciens geysers aujourd’hui inactifs, ont révélé que les geysers du Kamchatka ne sont pas alimentés par l’intermédiaire de conduits longs et étroits, comme on le pensait jusqu’à présent. Au lieu de cela, des pièges à bulles se forment à l’intérieur de l’amas de blocs qui se sont accumulés pendant des glissements de terrain.

La caméra spécialement conçue pour ce travail de recherche était capable de résister à l’eau bouillante et aux violentes explosions de vapeur à l’intérieur d’un geyser. Au cours de trois visites dans la Vallée des Geysers, la caméra a doucement été descendue dans les conduits à l’aide d’un câble en acier ou d’une tige souple afin de filmer les éruptions. Les vidéos montrent des blocs avec des bulles qui s’élèvent lorsque le geyser est en phase de repos, puis des explosions de vapeur pendant les jaillissements.

Peu de temps après que les chercheurs aient commencé leur travail, un important glissement de terrain s’est produit dans la Vallée, de sorte que l’intérieur de certains geysers inactifs est apparu au grand jour, trahissant leur système d’alimentation. Pour qu’un geyser se forme, il faut une source de chaleur d’origine volcanique, une nappe phréatique avec de l’eau en abondance, des espaces dans les roches qui la surmontent pour que l’eau puisse s’échapper, ainsi qu’un système d’emprisonnement des bulles.

L’eau bouillante qui s’élève des profondeurs dans un système hydrothermal contient toujours des bulles de vapeur. En s’élevant, cette eau rencontre un piège à bulles où ces dernières s’accumulent jusqu’au moment où la vapeur trouve assez de force pour déplacer la colonne d’eau qui la surmonte et déclenche l’éruption du geyser.

La vitesse d’accumulation des bulles dans un piège et la géométrie du conduit du geyser affectent le temps qui s’écoule entre les éruptions. Si le piégeage des bulles est lent, le laps de temps entre les jaillissements sera plus long.

Les géologues russes pensent que le même type de fonctionnement existe à Yellowstone. Toutefois, au lieu que les blocs se soient accumulés suite à des glissements de terrain, ils proviennent de moraines laissées par les glaciers qui recouvraient autrefois la région. Les moraines ayant les mêmes propriétés biomécaniques que les glissements de terrain, il n’est pas surprenant qu’autant de geysers cohabitent à Yellowstone.

http://www.livescience.com/27048-footage-from-inside-a-gurgling-geyser-video.html

Source: Live Science.

En dehors de la vidéo qui est intéressante car elle montre bien la montée des bulles de vapeur dans le conduit du geyser, l’article n’apporte pas grand-chose de nouveau car le fonctionnement d’un geyser est bien connu.

 

   Here is an interesting video (link here below) shot by a couple of Russian geologists who tried to see how geysers work by lowering a sturdy video camera into six geysers of Kamchatka’s famed Valley of the Geysers.

The videos the scientists collected, combined with studies of rocks surrounding extinct geysers, revealed that the Kamchatka geysers aren’t fed by long, narrow tubes, as once thought. Instead, bubble traps form between jumbled boulders deposited by landslides.

The custom camera could withstand the boiling water and violent steam explosions within a geyser. On three trips to the Valley of the Geysers, the camera was gently lowered into a geyser with a steel cable or a flexible pole so that it could film an eruption. The videos show boulders and burbling bubbles while the geyser rests, then bursts of steam during fountaining eruptions.

Soon after the researchers started their study in 2005, a landslide buried part of the Valley of the Geysers. As a result of changes caused by the landslide, extinct geysers were exposed, revealing more clues to the plumbing below. To form a geyser, there must be a volcanic heat source to warm water, plentiful groundwater, open spaces in the overlying rock for the water to escape, and a way to trap bubbles.

Boiling water rising from deep in a hydrothermal system will always contain some bubbles of steam. When the rising water meets a bubble trap, the steam bubbles start to gather in place, displacing water. Eventually, enough steam collects that it can push water ahead of it, up through the remaining channels to the surface, causing a violent steam explosion that bursts into the sky as a fountain.

The interplay between how quickly bubbles accumulate in a trap and the geometry of a geyser conduit affects the time between eruptions. Geysers that trap bubbles slowly go longer between eruptions, and vice versa.

The Russian geologists suggest that the same model could also apply at Yellowstone. However, instead of landslides, Yellowstone’s geysers may instead be plumbed through moraines, massive rock piles left behind by glaciers that once covered the region. Moraines have very similar biomechanical properties to landslides, so this could explain why there are so many geysers in Yellowstone.

http://www.livescience.com/27048-footage-from-inside-a-gurgling-geyser-video.html

Source: Live Science.

Apart from the video which is interesting, the article does not bring anything quite new as the inner working of geysers has been known for quite a long time.

Yellowstone-01

Le « Vieux Fidèle  » à Yellowstone  (Photo: C. Grandpey)

Un test nucléaire en Corée du Nord peut-il déclencher une éruption? // North Korea nuclear test likely to cause an eruption?

   On peut lire sur le site web Russia Today que le troisième test nucléaire prévu par la Corée du Nord pourrait déclencher une éruption du Mont Baekdu, volcan en sommeil situé à 110 km du site d’essais de Punggye-ri. La dernière éruption remonte à 1925 et un géologue sud-coréen estime que le prochain test pourrait avoir un impact direct ou indirect sur l’activité de ce volcan.

La menace d’une éruption se trouve renforcée par plusieurs facteurs comme l’élévation de près de 10 centimètres du sommet du Mont Baekdu depuis 2002 sous la poussée de la chambre magmatique qui sommeille sous l’édifice. De plus, en 2006 un satellite a détecté une augmentation de la température de surface quelques jours après un test nucléaire souterrain effectué par la Corée du Nord dans la partie nord du pays.

Le premier test nucléaire sur le site de Punggye-ri en 2006, avec une énergie dégagée d’environ 1 kilotonne, a généré un séisme de M 3,6. Le test suivant, en 2009, avec une puissance estimée à 2-6 kilotonnes, a produit un séisme de M 4,4 sur l’échelle de Richter. Les observateurs nord-coréens estiment que le troisième test pourrait avoir une énergie dégagée d’environ 20 kilotonnes, soit l’équivalent de la bombe de Nagasaki (21 kilotonnes) en 1945.

Les scientifiques japonais, quant à eux, établissent un lien entre les dernières éruptions du Mont Baekdu et des contraintes souterraines subies par la région. Par exemple, le volcan est entré au moins 6 fois en éruption entre le 14ème et le 20ème siècle et, chaque fois, l’événement faisait suite à un séisme au Japon. Les volcanologues nord-coréens ont observé une activité anormale dans le lac au sommet du volcan après le séisme de M 9 qui a secoué le Japon en mars 2011. A l’époque le Korean Times indiquait que l’eau du lac était très agitée et éclaboussait fortement, avec une augmentation de son niveau de 60 centimètres. Une éruption pourrait entraîner une inondation sur un rayon de 30 km, endommager des structures et mettre en danger la vie des habitants. De plus, la cendre volcanique pourrait causer de fortes perturbations au trafic aérien en Corée, en Chine, en Russie et au Japon, avec de sévères répercussions sur les activités commerciales.

L’article aborde plus ou moins directement le lien entre séismes et volcans. Cette relation n’a jamais été vraiment prouvée. C’est l’un des chevaux de bataille des Japonais qui redoutent que les séismes répétés dans leur pays réveille le vénérable et vénéré Mont Fuji. Jusqu’à présent, il ne s’est rien produit. D’un point de vue personnel, je ne pense pas qu’il existe un lien réel entre séismes tectoniques et éruptions volcaniques.  En revanche, un séisme tectonique puissant est susceptible de fragiliser, voire déstabiliser, un édifice volcanique et provoquer des glissements de terrain.

Dernière minute: La Corée du Nord a indiqué ce matin que le 3ème essai nucléaire venait d’avoir lieu. Il est effectivement plus puissant que les précédents.  Selon l’USGS, le test a provoqué un séisme de M 5.1 à l’ENE de Sungjibaegam, à 1 km de profondeur.

 

   We can read on the website Russia Today that the anticipated North Korean third nuclear test may trigger an eruption of Mt. Baekdu, a dormant volcano located 110 kilometres from the North Korean Punggye-ri nuclear site and whose last activity dates back to 1925. According to a South Korean geologist, the nuclear test will probably exert a direct or indirect impact on volcanic activity at the mountain.

Backing the scenario of the growing eruption threat is the changing height of Mt. Baekdu. It has risen nearly 10 centimeters since 2002 due to the expanding magma chamber beneath the edifice. Moreover, in 2006 a satellite detected an increase of the surfaces temperature just days after North Korea conducted an underground nuclear test in its northern territory.

The first nuclear test conducted in Punggye-ri in 2006, with an explosive yield of about 1 kiloton, resulted in a magnitude 3.6 tremor. The second test was carried out in 2009 and the yield was estimated at 2-6 kilotons, which led to a tremor with a magnitude of 4.4 on Richter magnitude scale. North Korea watchers speculate that the third test may lead to an explosive yield of about 20 kilotons which could be compared to the 1945 Nagasaki bomb estimated yield of 21 kilotons. .

Meanwhile, Japanese scientists connect previous eruptions of Mt. Baekdu with major subterranean stresses in the region. For instance, it erupted at least six times between the 14th and 20th centuries, and each time it followed an earthquake in Japan. North Korean volcanologists observed abnormal activity at a lake atop the mountain after the March 2011 9.0-magnitude earthquake in Japan. The Korea Times reported the lake’s water was shaking and splashing, causing a 60-centimetre rise. An eruption is likely to cause severe flooding of the neighboring area within a 30-kilometre radius, causing devastating damage of infrastructure and endangering people’s lives. The volcanic ash could affect air traffic in the Koreas, China, Russia and Japan, disrupting business activities.

The article tackles, directly or indirectly, the question of the link between earthquakes and volcanoes. This relationship has never been clearly proved. It is one of the Japanese’ favourite topics; indeed, they fear that the very frequent earthquakes that occur in the country might wake up Mount Fuji. Up to now, the old venerable volcano has been indifferent to such seismicity.  As far as I am concerned, I do not believe there exists a real link between tectonic earthquakes and volcanic eruptions. However, a tectonic event may weaken or even destabilize a volcanic edifice and trigger large-scale landslides.

Last minute: North Korea indicates this morning that it has just performed the third nuclear test. It was more powerful than the previous ones. According to USGS, it triggered a M 5.1 earthquake ENE of Sungjibaegam, at a depth of 1 km.

Baekdu-blog

Le Mont Baekdu vu depuis l’espace en avril 2003  (Avec l’aimable autorisation de la NASA)

Centre Haroun Tazieff

En 2014 sera célébré le centenaire de la naissance d’Haroun Tazieff, célèbre volcanologue français disparu le 2 février 1998. Afin que le travail remarquable effectué par Garouk ne soit pas oublié, le Centre Haroun Tazieff (CHT) a vu le jour en 2008 sous l’impulsion de son fils, Frédéric Lavachery.

Vous trouverez une présentation du CHT sur son site Internet à l’adresse suivante : http://tazieff.fr. Un lien figure également dans la colonne de gauche de ce blog.

On peut lire en introduction que « le Centre Haroun Tazieff , association régie par la loi de 1901, est né en juillet 2008 de la volonté partagée de Pierre Casabonne, maire d’Arette et de la Pierre Saint-Martin, en pays basco-béarnais, de scientifiques compagnons de Tazieff, Marcel Bof, Rose-Marie Chevrier, Jacques Labeyrie, François Le Guern, Jean-Christophe Sabroux, Jacques Varet et de Frédéric Lavachery, fils du volcanologue.
Le philosophe Régis Debray, d’une phrase, a situé exactement la portée de l’œuvre d’Haroun Tazieff et l’oubli souvent volontaire dont elle est l’objet:
« Souhaitons que demain le cas Tazieff intègre l’histoire et la philosophie de la science. »
Le site web du Centre Haroun Tazieff est une première réponse au souhait du philosophe. Il s’adresse à tous.
Curieux du personnage ou passionnés des volcans, amoureux de nos montagnes, chercheurs en volcanologie ou en histoire, scolaires et étudiants, stagiaires ou professeurs, habitants des zones volcaniques de France, d’Italie et d’ailleurs, vous trouverez ici des informations, une documentation et une réflexion qui ne se trouvent pas ailleurs. »

On ne peut que ce réjouir de l’existence de ce Centre qui met en valeur l’œuvre de Tazieff mais également toute une région volcanique.

Portrait de Haroun Tazieff, en peinture sur céramique, inauguré à La Pierre-Saint-Martin à l’occasion de la première assemblée générale de l’association. On reconnaît sur la photo Pierre Bouillon, François Le Guern, Pierre Casabonne, Claude Grandpey, Frédéric Lavachery, Marine Gadreau et  Anne Ile-Brière

Un nouveau type éruptif?

   Jusqu’à maintenant, on considérait généralement que les éruptions se divisaient en deux catégories ; elles étaient soit explosives, soit effusives. Toutefois, une étude récente montre que certains événements éruptifs pourraient bien appartenir à un nouveau type intermédiaire, ni vraiment explosif, ni vraiment effusif.
Ce nouveau type éruptif se trouverait au fond de l’océan. On le sait depuis longtemps, c’est là que se produisent – souvent très discrètement – la plupart des éruptions qui sont aussi les moins étudiées à cause de la difficulté évidente de les atteindre. Comme je l’ai fait remarquer à plusieurs reprises, nous sommes capables d’envoyer des robots sur Mars, mais nous ne sommes pas fichus de savoir ce qui se passe au fond des mers sur notre propre planète ! En conséquence, la seule solution pour étudier les éruptions sous-marines est de recueillir et d’analyser les matériaux qui arrivent à la surface, comme ce fut le cas à El Hierro (Iles Canaries) il y a quelques mois.

Un document récemment publié dans la revue Nature Geo Sciences laisse entendre que certaines éruptions sous-marines ne sont ni effusives, ni explosives car elle produisent « une mousse (=écume) volcanique capable de flotter ». Ces morceaux d’écume parviennent à traverser la couche d’eau qui les surmonte et à atteindre la surface pour y flotter jusqu’au moment ils se saturent en eau et retombent au fond de l’océan, ou bien parviennent à atteindre le rivage, poussés par les vagues. L’éruption n’est pas explosive car il ne se produit pas de fragmentation. Elle n’est pas effusive non plus, car il n’y a pas de coulée de lave. Au lieu de cela, on assiste à la libération de grosses gouttes d’écume de ponce qui refroidissent en montant vers la surface.
Cette activité – baptisée ‘Tangaroan’ par les scientifiques qui l’ont étudiée – a été observée sur des dépôts de téphra laissés par le volcan sous-marin Macauley dans les Iles Kermadec, au nord de la Nouvelle Zélande. Il ne faudrait pas oublier que les volcans Havre et Raoul se trouvent dans cette région ; le premier nommé est tenu pour responsable de la nappe de ponce observée à la surface de l’océan il y a quelques mois.
Les scientifiques néo-zélandais et britanniques ont étudié les matériaux émis par le volcan Macauley au cours d’une éruption importante il y a environ 6100 ans. La majeure partie de la caldeira se trouve au fond de l’océan, à l’exception de l’Ile Macauley. Cette situation a permis aux chercheurs d’étudier à la fois la ponce qui s’est déposée sur l’île et celle recueillie sur le plancher de la caldeira. Ils ont ensuite étudié la densité, la forme et la taille des bulles présentées par ces matériaux. Ils ont découvert que la ponce en provenance du plancher océanique était bien différente de celle recueillie sur l’Ile Macauley. La première présentait une plage de densité beaucoup plus large, de 0.20à 0.5 g/cm3, contre environ 0.4 g/cm3 pour la ponce sur l’île. Les éléments du plancher avaient aussi une texture différente, avec beaucoup de bulles de forme régulière dans les éléments à faible densité. Avec l’augmentation de la densité, les bulles devenaient plus allongées. Dans la mesure où ces différentes textures se trouvent toutes dans le même morceau de ponce, cela signifie que l’on n’a pas affaire à différents styles éruptifs, mais à une modification de ce morceau pendant son refroidissement. Ces différences de forme et de densité dans un même élément ne s’observent pas dans les ponces produites pendant des événements de type explosif.
Pour expliquer ce processus éruptif, les scientifiques pensent que le matériau volcanique est émis sous forme de lave qui s’échappe goutte à goutte pour ensuite flotter (voir illustration ci-dessous). D’une part, ces gouttes ne se fragmentent pas dans le conduit éruptif comme pendant les éruptions explosives ; d’autre part, elles sont trop légères pour donner naissance à des coulées de lave qui s’étireraient au fond de l’océan.

Il ne fait aucun doute que cette étude est intéressante. Elle montre qu’il reste beaucoup à faire pour comprendre le processus des éruptions sous-marines. Je suis malgré tout surpris de constater qu’il n’est fait nulle part mention de la pression de l’eau qui, à ces profondeurs, est très importante et influe certainement sur la forme et la taille des matériaux émis.

 

   Up to now, eruptions were generally divided into two types: they could either be effusive or explosive. However, recent research has shown that some events could belong to a new type that stands between the other two.
This new type might lie at the bottom of the ocean. This is the place where most eruptions take place but they are the least studied because of the obvious difficulty to go down there and observe what is happening. As I wrote several times, we are able to send rovers to Mars but we are unable to see what is happening at the bottom of the seas on our own planet! Then, the only solution to study submarine eruptions is to collect and analyse the materials that come to the surface, like at El Hierro (Canary Islands) a few months ago.

A recent paper published in Nature Geosciences suggests that some submarine eruptions are neither effusive nor explosive as they produce “a buoyant volcanic foam” that rises through the water column to the surface and float until the chunks get waterlogged or wash ashore. The eruption isn’t explosive as there is no fragmentation. It isn’t effusive either as no lava flow is produced. Instead, you get a slow release of blobs of volcanic pumice foam that cool as they rise to the surface.
This kind of activity – called ‘Tangaroan’ by the scientists who studied it – was observed in the tephra deposits from the submarine Macauley volcano in the Kermadec Islands, to the north of New Zealand. By the way, we need to remember that Havre and Raoul volcanoes belong to that region; the former was held responsible for the pumice rafts observed a few months ago at the surface of the ocean.
The scientists – from the United Kingdom and New Zealand – looked at material erupted during a significant eruption from Macauley volcano that occurred about 6,100 years ago. Most of the caldeira is underwater except for Macauley Island. This allowed the researchers to study both pumice deposited on Macauley Island and dredged from the seafloor of the caldeira. Then, they measured the density and bubble shape or size for these materials.
They discovered that the dredged pumice from the seafloor had a very different character than the pumice that was deposited on land. The former had a wider distribution of density, from 0.20-0.5 g/cm3 versus the narrow range of densities found in pumice deposited on land (0.4 g/cm3 or so). The dredged elements also had a different texture, with lots of evenly-shaped bubbles in the low density chunks. However, as the density increased, the bubbles got more elongate. In so far as these textures can all be found all in the same chunk, this means it can’t reflect different eruption styles, but changes in the chunk itself as it cools. These differences in bubble shape and density in the same element are not observed in pumices produced by typical explosive eruptions.
To explain this eruptive process that appears, the scientists suggest that the erupting volcanic material drips out as floating blebs of lava (see illustration below). They don’t fragment in the eruptive conduit like explosive eruptions, but they are also too buoyant to form lava flows that spread on the seafloor.

The study is undoubtedly very interesting. It shows there is still a long way to go to understand the process of submarine eruptions. However, I’m surprised to see that no mention is made anywhere of the role played by water pressure at such depths. It might inevitably have an influence on the shape and size of the clasts.

Nouveau-type-eruptif

Crédit: Nature Geosciences.