Catégorie : Science

Rencontre rapprochée avec Io, la lune de Jupiter // Close encounter with Io, Jupiter’s moon

Le samedi 30 décembre 2023, la sonde spatiale Juno de la NASA effectuera le survol le plus proche de la lune de Jupiter, Io, jamais réalisé depuis plus de 20 ans. Passant à environ 1 500 kilomètres au-dessus de la surface volcanique de Io, le vaisseau spatial et sa batterie d’instruments devraient permettre de générer une foule de données.
En combinant les données collectées lors de ce survol avec des observations précédentes, l’équipe scientifique en charge de Juno étudiera l’évolution de l’activité volcanique sur Io. Les chercheurs pourront analyser la fréquence des éruptions, le comportement des coulées de lave et dans quelle mesure l’activité d’Io est liée au flux de particules chargées dans la magnétosphère de Jupiter.
Un deuxième survol ultra-rapproché d’Io est prévu le 3 février 2024. Juno se retrouvera à nouveau à environ 1 500 kilomètres de la surface de la lune de Jupiter.
Jusqu’à présent, Juno a observé l’activité volcanique d’Io à des distances allant d’environ 11 000 à plus de 100 000 kilomètres et a fourni les premières vues des pôles nord et sud de la lune. Le vaisseau spatial a également effectué des survols rapprochés de Ganymède et Europe, les lunes glacées de Jupiter.
Avec les deux survols rapprochés de décembre et février, Juno étudiera la source de l’intense activité volcanique de Io, cherchera à savoir si un océan de magma existe sous sa croûte et étudiera l’impact des forces de marée de Jupiter, qui affectent sans relâche la lune.
Source : NASA.

Source: NASA

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NASA’s Juno spacecraft will on Saturday, December 30th, 2023 make the closest flyby of Jupiter’s moon Io that any spacecraft has made in over 20 years. Coming within roughly 1,500 kilometers from the surface of the most volcanic world in our solar system, the pass is expected to allow Juno instruments to generate a firehose of data.

By combining data from this flyby with previous observations, the Juno science team is studying how Io’s volcanoes vary. The researchers are looking for how often they erupt, how the shape of the lava flow changes, and how Io’s activity is connected to the flow of charged particles in Jupiter’s magnetosphere.

A second ultra-close flyby of Io is scheduled for February 3rd, 2024, in which Juno will again come within about 1,500 kilometers of the surface.

The spacecraft has been monitoring Io’s volcanic activity from distances ranging from about 11,000 to over 100,000 kilometers, and has provided the first views of the moon’s north and south poles. The spacecraft has also performed close flybys of Jupiter’s icy moons Ganymede and Europa.

With the two close flybys in December and February, Juno will investigate the source of Io’s massive volcanic activity, whether a magma ocean exists underneath its crust, and the importance of tidal forces from Jupiter, which are relentlessly affecting the moon.

Source : NASA.

Source: NASA

Les prévisions des poulpes de l’Ouest Antarctique // The predictions of West Antarctica’s octopuses

Rappelez-vous : Paul le Poulpe était une pieuvre conservée dans l’aquarium Sea Life d’Oberhausen (Allemagne). L’animal a connu son heure de gloire en 2010 car il était censé pronostiquer les résultats des matches de la Coupe du monde qui avaient lieu cette année-là. Quelques prévisions exactes lui ont valu le titre honorifique d’oracle animalier. Les gardiens de l’aquarium lui présentaient deux boîtes contenant de la nourriture, décorées avec les drapeaux des équipes opposées lors d’un match. La boîte choisie par Paul en premier désignait la vainqueur futur de la partie.

Aujourd’hui, on nous raconte une autre histoire sur les poulpes en Antarctique. De petits céphalopodes, les poulpes de Turquet, se déplacent au fond de l’océan qui entoure ce continent depuis environ quatre millions d’années. Des chercheurs ont récemment découvert que l’ADN de ces créatures de 15 centimètres de long (sans les tentacules) pourrait aider à résoudre un très vieux mystère scientifique : quand la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental a disparu pour la dernière fois. Les résultats de leur étude ont été publiés en décembre 2023 dans la revue Science.

La calotte glaciaire de l’Antarctique occidental contient suffisamment d’eau pour faire monter le niveau de la mer de plus de 5 mètres dans le monde si elle fondait entièrement. Un tel événement inonderait de nombreuses villes côtières. Ces dernières années, le réchauffement des océans, causé par les émissions de gaz à effet de serre dus à la combustion de combustibles fossiles, a provoqué la fonte de la calotte glaciaire antarctique qui se trouve aujourd’hui dans une situation précaire. Une étude parue en octobre 2023 a révélé que dans les scénarios d’émissions les plus optimistes, la fonte de cette calotte glaciaire est inévitable. Mieux connaître son passé pourrait nous aider à comprendre ce qui nous attend. Un chercheur a déclaré : « Comprendre quel aspect avait la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental dans un passé récent, lorsque la température de la planète était similaire à celle d’aujourd’hui, pourrait nous aider à mieux prévoir l’élévation future du niveau de la mer. »
Les scientifiques se sont donc tournés vers les pieuvres de Turquet (Pareledone turqueti) pour obtenir des réponses. Ces animaux vivent tout autour du continent antarctique, mais leurs populations dans la mer de Ross et la mer de Weddell sont séparées par l’infranchissable barrière constituée par la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental et, de ce fait, ils s’éloignent rarement de leur lieu de résidence. Les chercheurs pensent que s’ils pouvaient parvenir à déterminer à quel moment les deux populations se sont croisées, cela pourrait donner des indications sur la dernière fonte de la calotte glaciaire.
L’équipe scientifique a séquencé l’ADN de 96 poulpes de Turquet en provenance de tout le continent, capturés accidentellement par des pêcheurs ou conservés dans des collections de musées. Bien que le spécimen le plus ancien date des années 1990, les chercheurs étaient persuadés que l’analyse génétique pourrait donner un aperçu de l’arbre généalogique des poulpes il y a des millions d’années.
Cette analyse génétique a révélé que les poulpes de la mer de Weddell et de la mer de Ross se sont croisés il y a 54 000 à 139 000 ans, au cours de la dernière période interglaciaire. La conclusion de l’analyse correspond aux soupçons des scientifiques selon lesquels une disparition de la calotte ouest antarctique s’est produite pendant cette période.
La température moyenne de notre planète est actuellement supérieure d’environ 1,2 °C à la moyenne préindustrielle. Au cours de la dernière période interglaciaire, la température de la Terre était d’environ 0,5 à 1,5°C supérieure à cette même moyenne préindustrielle, mais le niveau de la mer était environ 5 à 10 mètres plus haut qu’aujourd’hui. Bien qu’on ne sache toujours pas exactement quand la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental a fondu, ni combien de temps cela a pris, les scientifiques affirment que le phénomène pourrait se reproduire et leur étude constitue un sérieux avertissement pour la planète.
Source : Médias d’information internationaux.

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Just remember : Paul the Octopus was a common octopus kept in the Sea Life aquarium of Oberhausen (Germany). The animal was supposed to predict the results of World Cup matches in 2010. A few accurate predictions brought him worldwide attention as an animal oracle. Paul’s keepers would present him with two food-containing boxes decorated with the flags of the teams in an upcoming match. Whichever box Paul ate from first was considered his prediction for which team would win the match.

Today, there is another story about octopuses in Antarctica. In the sea surrounding this continent, small cephalopods called Turquet’s octopuses have been crawling along the ocean floor for some four million years. Researchers have recently discovered that the DNA of the 15-centimeter-long creatures (excluding arms) may help solve a longstanding scientific mystery: When did the West Antarctic Ice Sheet last collapse?  The results of their study was published in December 2023 in the journal Science.

The West Antarctic Ice Sheet (WAIS) holds enough water to raise global sea levels by more than 5 meters if it were to melt entirely, an inundation that would flood many coastal cities around the world. In recent years, global ocean warming fueled by high levels of greenhouse gas emissions from burning fossil fuels has left the ice sheet in a precarious situation. An October study found that even under best-case emissions scenarios, the sheet’s melting is inevitable. Still, learning more about its past could help us understand what’s to come. Said one reseracher : “Understanding how the WAIS was configured in the recent past when global temperatures were similar to today will help us improve future sea-level rise projections.”

So, the scientists turned to the Turquet’s octopus (Pareledone turqueti) for answers. While these animals live all around the icy continent, their populations in the Ross Sea and Weddell Sea are separated by the impassable WAIS and rarely move far from where they live. If researchers could determine how recently the two populations interbred, that might give some clues to when the ice sheet last melted.

The scientific team sequenced the DNA of 96 Turquet’s octopuses from all around the continent that were either accidentally caught by fishers or stored in museum collections. Though their oldest specimen was from the 1990s, genetic analysis could provide a glimpse millions of years back in the octopus family tree.

The genetic analysis revealed that the Weddell Sea and Ross Sea octopuses interbred between about 54,000 and 139,000 years ago, during a period known as the Last Interglacial. The conclusion matched with scientists’ suspicions that a collapse had occurred during that time.

Global average temperatures currently hover around 1.2°C higher than pre-industrial averages. During the Last Interglacial, the Earth was about 0.5 to 1.5°C warmer than pre-industrial averages, yet sea levels were about 5 to 10 meters higher than they are now. While it is still unclear exactly when the WAIS melted, or how long it took, scientists say the study is a stark warning for the planet.

Source : International news media.

Carte de l’Antarctique, avec la partie occidentale où la calotte glaciaire constitue une barrière entre les mers de Weddell au nord et de Ross au sud (Source: BAS)

Hawaii : mesure des gaz du Kilauea // Hawaii: Kilauea gas measurement

Selon le volcanologue français Haroun Tazieff, aujourd’hui disparu, l’étude des gaz volcaniques est une priorité car ils sont le moteur des éruptions. Deux gaz doivent surtout être étudiés : le dioxyde de soufre (SO2) et le dioxyde de carbone (CO2), même si d’autres gaz comme le sulfure d’hydrogène (H2S) et l’hélium (He) doivent également être pris en compte.
Un article récent Volcano Watch publié par l’Observatoire des volcans hawaïens (HVO) explique comment ces gaz sont mesurés entre les éruptions du Kilauea.
Lors des éruptions, le HVO signale fréquemment les taux d’émission de dioxyde de soufre (SO2) car c’est un moyen de suivre la progression de l’activité éruptive. Toutefois, pour les périodes précédant les éruptions, ou lorsqu’il y a une intrusion magmatique en cours sans éruption, le HVO s’appuie essentiellement sur des données géophysiques telles que la déformation du sol ou la sismicité, plutôt que sur des données géochimiques telles que les émissions de SO2.
Un autre type de gaz peut être important en période non éruptive : le dioxyde de carbone (CO2) qui a un comportement très différent du SO2 dans le système magmatique du Kilauea. Ces différences peuvent être exploitées pour mieux comprendre les processus qui se produisent sous la surface du sol. Par exemple, sur le Kilauea, le CO2 peut commencer à s’échapper du magma alors que ce dernier se trouve encore à plusieurs kilomètres sous la surface, alors que le SO2 est libéré de manière significative lorsque le magma se trouve à seulement quelques dizaines ou centaines de mètres sous la surface. Cela signifie souvent que l’on ne voit pas beaucoup de SO2 avant que la lave commence percer la surface.
Le problème du CO2 est qu’il est déjà présent en quantités très variables dans l’atmosphère, alors que le SO2 est normalement absent. Il est donc facile de détecter un signal de SO2 volcanique dans l’air ambiant, alors que le CO2 atmosphérique peut varier au cours d’une même journée, ainsi qu’avec les saisons.
Cependant, en coopération avec des chercheurs de l’Observatoire volcanologique des Cascades, le HVO a récemment accordé davantage d’attention aux données concernant le CO2 du Kilauea. L’Observatoire dispose d’une station multi-GAZ au sud-ouest de l’Halema’uma’u ; elle mesure quatre gaz volcaniques (CO2, SO2, H2S et vapeur d’eau), ainsi que des données météorologiques telles que la vitesse et la direction du vent.
Au lieu d’utiliser toutes les données CO2 de la station multi-GAZ, le HVO ne prend en compte que les données CO2 qui atteignent la station depuis certaines directions et certaines vitesses de vent. Cela permet d’essayer d’isoler le signal CO2 volcanique. Les scientifiques calculent des moyennes hebdomadaires de concentration de CO2. Une fois ce travail effectué, en examinant uniquement les données provenant de deux secteurs de Halema’uma’u (secteurs ouest et sud-est du cratère) avec des vitesses de vent modérées, ils obtiennent des tendances dans la concentration du CO2 en relation avec les récentes éruptions sommitales. En observant les données concernant ces deux directions du vent, les scientifiques ont pu constater que le CO2 semblait augmenter lentement et légèrement avant les éruptions sommitales du Kīlauea en juin et septembre. Après ces éruptions, les concentrations de CO2 ont chuté..
Aujourd’hui, depuis l’éruption de septembre, les concentrations de CO2 sont de nouveau en hausse, ce qui est probablement lié à l’intrusion magmatique dans les régions de stockage peu profondes situées sous la région sommitale et sous la caldeira sud.
Souvent, lorsque le Kīlauea entre en éruption, le HVO utilise le faible rapport CO2 / SO2 pour pouvoir dire que le magma alimentant l’éruption a été stocké à très faible profondeur, car ce rapport indique que le magma a déjà libéré la majeure partie de son CO2 avant l’éruption.
La prochaine étape de cette nouvelle méthode d’analyse des données gazeuses consistera à essayer de transformer les données de concentration de CO2 en taux d’émission de CO2, ce qui pourrait alors indiquer aux scientifiques non seulement que le magma est en train de monter à faible profondeur sous le Kilauea, mais aussi dans quelles proportions.
Source : USGS/HVO.

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For late French volcanologist Haroun Tazieff, the study of volcanic gases should be given priority as they are what drives the eruptions. Two main gases need to be studied : sulfur dioxide (SO2) and carbon dioxide (CO2), although other gases such as hydrogen sulfide (H2S) and helium (He) should also be taken into account.

A recent Volcano Watch article by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explains how these gases are measured between Kilauea’s eruptions.

During eruptions, HVO frequently reports sulfur dioxide (SO2) emission rates as a means of tracking the progression of eruptive activity. But for the periods before eruptions, or when there is an ongoing intrusion with no eruption, most of the data HVO relies on is geophysical data, such as deformation or seismicity, rather than geochemical data such as SO2 emissions.

There is another type of gas that can be important during non-eruptive periods :carbon dioxide (CO2) which behaves very differently from SO2 in Kilauea’s magmatic system. These differences can be exploited to help better understand processes occurring beneath the ground surface. For example, CO2 can begin to escape from Kilauea’s magma when it is still many kilometers beneath the surface whereas SO2 is largely released when magma is just a few tens or hundreds of meters beneath the surface. This often means we don’t see much SO2 being emitted until lava begins erupting at the surface.

The tricky thing about CO2 is that it is already present, and highly variable, in the atmosphere. This is different from SO2, which is not normally present. So it is easy to pick out a volcanic SO2 signal in ambient air measurements, but atmospheric CO2 can vary throughout the course of a day, as well as with the seasons.

Recently, however, in cooperation with researchers at the Cascades Volcano Observatory, HVO has been looking a little closer at CO2 data from Kilauea. The observatory has a multi-GAS station to the southwest of Halemaʻumaʻu that measures four volcanic gases (CO2, SO2, H2S and water vapor), as well as meteorological data such as wind speed and wind direction.

Instead of using all the CO2 data from the multi-GAS, HVO separates out CO2 data that reaches the station from certain directions at certain wind speeds. This allows to try to isolate the volcanic CO2 signal. The scientists calculate weekly averages of the CO2 concentration. Once they have done that, if they look only at data coming from two portions of Halemaʻumaʻu (the western and the southeastern parts of the crater) at moderate wind speeds, they see patterns in the CO2 concentration relative to the recent summit eruptions. For both wind directions, the scientists can see that CO2 coming from those directions appeared to increase slowly and slightly before the June and September Kīlauea summit eruptions. Once the eruptions occurred, CO2 concentrations dropped back down.

Today, since the September eruption, CO2 concentrations have been increasing again, and the increase is likely related to the intrusion of magma into the shallow storage regions beneath the summit and south caldera regions.

Often when Kīlauea erupts, HVO uses the low ratio of eruptive CO2 to SO2 to be able to say that the magma feeding the eruption was stored very shallow because that low ratio tells that the magma already degassed most of its CO2 before eruption.

The next step with this new data analysis method is to try to turn the CO2 concentration data into emission rates of CO2, which could then perhaps tell scientists not just that magma is rising to shallow depths beneath Kilauea, but how much magma is rising.

Source : USGS / HVO.

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Ces graphiques montrent les concentrations de dioxyde de carbone (CO2) dans deux zones sommitales du Kīlauea, de mars à octobre. Les carrés rouges et les cercles bleus représentent les moyennes hebdomadaires de concentration de CO2 mesurées à la station multi-GAZ du Kīlauea lorsque le vent vient de directions et à des vitesses spécifiques. Les symboles gris représentent les mesures individuelles (moyennes sur 30 minutes jusqu’à huit fois par jour). Les barres verticales roses représentent les éruptions du Kilauea de juin et septembre. (Source : USGS)

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These plots show carbon dioxide (CO2) concentrations in two summit areas of Kīlauea, from March to October. The red squares and blue circles represent weekly averages of CO2 concentration measured at the Kīlauea Multi-GAS Station when the wind is coming from specific directions and at specific wind speeds. Gray symbols represent individual measurements (30-minute averages up to eight times per day). The pink vertical bars represent Kilauea’s June and September eruptions. (Source: USGS)

Volcans sous-marins, subduction et séismes// Seamounts, subduction and earthquakes

Selon une nouvelle étude conduite par des chercheurs de l’Université de Memphis, et publiée en novembre 2023 dans le Journal of Geophysical Research : Solid Earth, un ancien volcan – ou mont – sous-marin (seamount en anglais) à cheval sur une plaque tectonique en train de s’enfoncer par subduction au large des côtes japonaises pourrait avoir déclenché plusieurs séismes majeurs inexpliqués par frottement contre une autre plaque tectonique située au-dessus.
Le volcan sous-marin éteint, connu sous le nom de Daiichi-Kashima Seamount, se trouve sur la plaque tectonique Pacifique, à environ 40 kilomètres de la côte est du Japon. C’est là que se rencontrent trois plaques tectoniques : la plaque Pacifique à l’est et la plaque Philippine au sud, qui glissent toutes deux sous la plaque Okhotsk au nord.

Contexte tectonique au Japon (Source : Wikipedia)

Le Daiichi-Kashima Seamount se trouve sur une partie de la plaque qui a commencé à s’enfoncer dans le manteau terrestre il y a entre 150 000 et 250 000 ans. Toutefois, ce volcan sous-marin est encore suffisamment proche de la surface – moins de 50 km de profondeur – pour déclencher des séismes. Alors que la majorité de l’activité sismique autour du Daiichi-Kashima Seamount se manifeste par de petites secousses, on a aussi enregistré plusieurs séismes avec des magnitudes M 7,0 et 7,8 en 1982 (M 7,0), 2008 (M 7,0) et 2011 (M 7,8). Jusqu’à présent, personne n’avait réussi à expliquer les causes de leur déclenchement.
Lorsqu’une plaque tectonique s’enfonce sous une autre plaque, les volcans sous-marins (seamounts) qui se trouvent à sa surface frottent la base de la plaque qui les surmonte. Une étude de 2008 a expliqué que ce frottement était trop faible pour déclencher de puissants séismes : il ne génère que de très petites secousses.

Source : ScienceDirect

Cependant, des données plus récentes laissent supposer le contraire. Les données sismiques recueillies au fond de l’océan au Japon indiquent que les monts sous-marins rencontrent une énorme résistance lorsqu’ils se déplacent à la surface d’une plaque subductrice et restent parfois bloqués. On peut lire dans l’étude que « le mont sous-marin lui-même est quasiment immobile, car il doit faire fasse à de très forts frottements. »
À mesure que le volcan sous-marin s’enfonce sous la plaque qui le surmonte, les contraintes s’accumulent sur son bord d’attaque. La zone située autour du volcan sous-marin se verrouille tandis que le reste de la plaque subductrice continue sa descente dans le manteau terrestre. « Les contraintes deviennent très fortes et au bout d’un certain temps, elles migrent vers l’intérieur. « Cette accumulation de contraintes ne peut pas continuer indéfiniment, et une libération brutale se produit lorsque le volcan sous-marin se libère brusquement de la plaque qui le surmonte. La plaque dominante donne un à-coup dans la direction opposée, ce qui déclenche un nouveau type de séisme que les auteurs de l’étude ont appelé « séisme de blocage ».
Des séismes de blocage ont peut-être déclenché des tsunamis dans le passé. Les dépôts de sédiments le long de la côte Est du Japon indiquent que d’énormes vagues ont frappé le littoral en 1677, après qu’un séisme ait secoué une zone de chevauchement avec le Daiichi-Kashima Seamount. Selon l’étude, « la rupture du volcan sous-marin en processus de subduction constitue la source la plus probable de ces grands séismes déclencheurs de tsunamis ».

Volcan sous-marin Minami Kasuga-2 dans l’océan Pacifique (Source : Université de Memphis)

Source  : Live Science.

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According to a new study by University of Memphis researchers, published in November 2023 in the Journal of Geophysical Research: Solid Earth, an ancient underwater volcano riding a sinking tectonic plate off the coast of Japan may have unleashed several unexplained major earthquakes by grinding against another tectonic plate above it.

The extinct underwater volcano, known as Daiichi-Kashima seamount, sits on the Pacific tectonic plate about 40 kilometers off Japan’s east coast. There, three tectonic plates intersect, with the Pacific plate to the east and the Philippine plate to the south both slipping beneath the Okhotsk plate to the north. The seamount sits on a section of the plate that began descending into Earth’s mantle between 150,000 and 250,000 years ago. But the seamount is still close enough to the surface to trigger earthquakes, as it currently sits less than 50 km deep. While the majority of the seismic activity around the seamount manifests as small tremors, there have been several earthquakes between magnitudes M 7.0 and 7.8 in 1982 (M 7.0), 2008 (M 7.0) and 2011 (M 7.8) that previous research has failed to explain.

When a tectonic plate subducts beneath another plate, the seamounts peppered across its surface scrape against the bottom of the overriding plate. A 2008 study suggested this friction was too weak to trigger earthquakes, creating only very small tremors.

However, newer data indicate the opposite. Seismic information gathered at the bottom of the ocean in Japan indicates seamounts encounter huge resistance as they ride along on a subducting plate and sometimes become stuck. One can read in the study that « the seamount itself is almost stationary, because it has very strong friction.

As the seamount digs into the overriding plate, stress accumulates on its leading edge. The region around the seamount becomes locked and grinds to a halt, while the rest of the subducting plate continues its creeping descent into Earth’s mantle. « Stress increases at the edge of the seamount and after some time, the stress propagates and migrates inward. » This buildup cannot continue infinitely, and the stress is eventually released when the seamount suddenly frees itself from the overriding plate and jerks forward. The overriding plate jolts in the opposite direction, triggering a new kind of earthquake that the authors of the study called a « hang-up » earthquake.

Hang-up earthquakes may have unleashed tsunamis in the past. Sediment deposits along Japan’s east coast indicate huge waves battered the coastline in 1677, after an earthquake shook an area overlapping with the Daiichi-Kashima seamount. According to the study, « the rupture of the subducted seamount thus provides the most plausible source for these great tsunami earthquakes. »

Source : Live Science.