Catégorie : Science

Nouvelle approche des volcans basaltiques // New approach to basaltic volcanoes

Une nouvelle étude publiée le 7 août 2023 dans les Proceedings de l’Académie Nationale des Sciences (PNAS) apporte une nouvelle lumière sur l’éruption des volcans basaltiques comme le Kilauea et le Mauna Loa à Hawaii.
Selon les auteurs de l’étude, les volcans situés à l’intérieur des plaques tectoniques n’entrent pas en éruption comme les scientifiques le pensaient jusqu’à présent. Les chercheurs expliquent que le magma à l’intérieur de ces volcans est propulsé vers la surface par le dioxyde de carbone, et non par l’eau, comme on le pensait généralement. Ce magma provient également de réservoirs beaucoup plus profondes qu’on ne l’avait estimé; il prend naissance dans le manteau terrestre à des profondeurs de 20 à 30 kilomètres, et non dans la croûte externe, à 7 à 13 km de profondeur.
Selon l’un des auteurs de l’étude, « cela change complètement le paradigme de la façon dont ces éruptions se produisent. En effet, dans tous les modèles volcaniques c’est l’eau qui est considérée comme principal moteur des éruptions, mais l’eau n’a pas grand-chose à voir avec ces volcans. C’est le dioxyde de carbone qui fait remonter le magma des profondeurs. »
Les chercheurs avaient déjà imaginé que le CO2 pourrait alimenter ce type d’éruption, après avoir remarqué que les éruptions extrêmement explosives n’ont pas toujours les plus fortes concentrations d’eau dans la lave. La nouvelle étude confirme cette théorie.
Cette nouvelle approche concerne des volcans basaltiques qui se trouvent à l’intérieur, plutôt qu’en bordure, des plaques tectoniques. Les volcans basaltiques émettent une lave qui a une viscosité inférieure à celle des autres volcans; elles donc plus fluide et se déplace plus rapidement. Ces volcans peuvent être très explosifs lorsqu’ils entrent en éruption, surtout si la lave est relativement froide et remonte rapidement à la surface, entraînant la formation de cristaux qui sont ensuite projetés.
Parmi les volcans basaltiques, on peut citer le Kilauea et le Mauna Loa à Hawaï, ou encore le Pico do Fogo dans l’archipel du Cap Vert dans l’océan Atlantique. Ce volcan est au cœur de la dernière étude. Il est très actif, avec 30 éruptions connues depuis le 15ème siècle. La dernière éruption a commencé le 23 novembre 2014 et s’est terminée le 8 février 2015, avec des coulées de lave qui ont recouvert plus de 4 kilomètres carrés de terres, ainsi que deux villages. (voir la description de l’éruption sur ce blog)
Les chercheurs ont analysé la composition de minuscules poches de lave en fusion emprisonnées dans les coulées du Fogo et ont découvert qu’elles contenaient de grandes quantités de CO2 qui avait été cristallisé à une pression correspondant à une profondeur de 20 à 30 km. Cela signifie que le magma provenait de l’intérieur du manteau et non de la croûte. Les résultats des analyses indiquent que les bulles de CO2 font remonter le magma des profondeurs du manteau.
L’auteur principal de l’étude explique que « sur le Fogo, c’est très certainement le dioxyde de carbone qui fait remonter rapidement le magma, et cela joue probablement un rôle important dans son comportement explosif. Le magma a une viscosité extrêmement faible ».
La découverte mise en évidence par cette étude pourrait permettre de réduire les risques générés par ces éruptions.
Vous trouverez l’étude à cette adresse :
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2302093120

Source : Live Science via Yahoo Actualités.

——————————————

A new study published on August 7th, 2023 in the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) brings a new approach to the eruption of basaltic volcanoes like Kilauea and Mauna Loa in Hawaii.

According to the authors oof the study, volcanoes that sit within tectonic plates don’t erupt how scientists thought they did. They explain that magma within these volcanoes is propelled up and out of the ground by carbon dioxide, not by water, as was previously thought. This magma also shoots up from much deeper reserves than previously estimated, originating in Earth’s mantle at depths of 20 to 30 kilometers, rather than in the outer crust, 7 to 13 km deep.

A co-author of the research says that « this completely changes the paradigm of how these eruptions happen, All volcanic models have been dominated by water as the main eruption driver, but water has little to do with these volcanoes. It’s carbon dioxide that brings this magma from the deep Earth. »

Researchers had already suggested that CO2 may fuel this type of eruption, tipped off by the finding that extremely explosive eruptions don’t always have the highest concentrations of water in the lava, but the new study finally confirms this theory.

The discovery relates to basaltic volcanoes that sit within tectonic plates rather than on their edges. Basaltic volcanoes spew lava that has a lower viscosity than other volcanoes, meaning it is more fluid and travels faster. These volcanoes can be highly explosive when they erupt, especially if the lava is relatively cool and whooshes up to the surface rapidly, leading to the formation of crystals that are then flung across the landscape.

Examples of basaltic volcanoes include Kilauea and Mauna Loa in Hawaii, as well as Pico do Fogo in the Cabo Verde archipelago in the Atlantic Ocean, which is at the heart of the latest study. Pico do Fogo is a very active volcano, with 30 known eruptions since records began in the 15th century. The last eruption began on November 23rd, 2014 and came to an end on February 8th, 2015, with lava flows covering more than 4 square kilometers of land and two villages. (see the description of the eruption on this blog)

The researchers analyzed the composition of tiny pockets of molten lava trapped in rocks on Fogo and found that they contained high amounts of CO2 that had been crystallized at a pressure consistent with a depth of 20 to 30 km. This implied that the magma had risen from within the mantle rather than from the crust. The results of the analyses indicate that CO2 bubbles drive magma up from deep within the mantle.

The lead author of the study explains that « at Fogo the magma must be driven up fast by the carbon dioxide and this likely plays a significant role in its explosive behaviour. The magma has extremely low viscosity. »

The discovery could help mitigate the danger posed by these eruptions.

You will find the study at this address :

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2302093120

Source : Live Science via Yahoo News.

Image satellite de l’éruption du Fogo en 2014 (Source : NASA)

Japon : forte sismicité dans un volcan éteint // Japan : significant seismicity through an extinct volcano

Un essaim sismique significatif est enregistré depuis trois ans sur la péninsule de Noto, au bord de la mer du Japon, dans le nord du pays. Selon une nouvelle étude réalisée par des scientifiques japonais, l’essaim semble être causé par le déplacement de fluides à travers un volcan éteint dont l’effondrement a formé une caldeira.
Il n’y a pas eu d’activité volcanique dans cette région depuis 15,6 millions d’années. Cependant, la nouvelle étude publiée en juin 2023 dans la revue JGR Solid Earth a révélé que la sismicité se produit selon un schéma qui laisse supposer que du magma liquide se déplace toujours sous la surface d’une ancienne caldeira effondrée. Les auteurs de l’étude pensent que « l’essaim sismique a été causé par l’ascension de fluides à travers un réseau complexe de failles ».
L’essaim a commencé en décembre 2020. Depuis lors, on a enregistré plus de 1 000 secousses de magnitude M 2,0 ou plus, dont un événement de M 5,4 en juin 2022 et un autre de M 6,5 en mai 2023 qui a tué une personne et en a blessé des dizaines d’autres.
Les auteurs de l’étude ont étudié les ondes sismiques émises par plus de 10 000 événements de magnitude M 1,0 ou plus qui se sont produits dans la région au cours des trois dernières années. Ils ont découvert que les séismes avaient leurs hypocentres à une vingtaine de kilomètres de profondeur dans la croûte, avant de migrer progressivement vers la surface. Selon les chercheurs, cela peut s’expliquer par l’ascension de fluides à travers un réseau de failles existant. Les épicentres sont disposés selon un schéma circulaire, correspondant à la structure en forme d’anneau de ce réseau de failles. Cela pourrait indiquer l’ancienne caldeira effondrée d’un volcan aujourd’hui éteint.
Il n’est pas rare que des volcans inactifs depuis longtemps contiennent encore des poches de magma. Lorsque ces fluides se déplacent, ils peuvent déformer la croûte et faire glisser les failles les unes contre les autres. Des essaims comme celui de la péninsule de Noto peuvent se produire à tout moment dans les zones de subduction, là où le frottement d’une plaque sur une autre déplace continuellement les fluides dans la croûte. Une autre hypothèse est que le puissant séisme de Tohomu (M 9.1) en 2011 a provoqué un mouvement fluides dont l’effet se fait encore sentir aujourd’hui ; on se souvient que ce séisme a été suivi de plusieurs petits essaims dans le nord-est du Japon.
La question est maintenant de comprendre comment l’essaim actuel a commencé avec de nombreux petits séismes avant d’être suivi d’un puissant événement qui a causé des dégâts en mai 2023. Les scientifiques essayent de savoir comment la croûte a pu se déplacer sans générer de sismicité avant ce puissant tremblement de terre.
Source : Live Science via Yahoo News.

———————————————

A significant swarm of earthquakes has been rocking the Noto Peninsula by the Sea of Japan, on the north coast of the countryover the past three years. According to a new study by Japanese scientists, the swarm appears to be the result of fluids moving through an extinct, collapsed volcano.

There has not been volcanic activity in this area for 15.6 million years. However, the new study published in June 2023 in the journal JGR Solid Earth found that the quakes are occurring in a pattern that suggests liquid magma is still moving around deep below the surface in an ancient, collapsed caldera. The authors of the study think « the earthquake swarm was caused by upward fluid movement through a complex network of faults. »

The swarm began in December 2020. Since then, there have been over 1,000 M 2.0 or larger earthquakes, including one M 5.4 quake in June 2022 and an M 6.5 event in May 2023 that killed one person and injured dozens more.

The authors of the study investigated the swarm by studying the seismic waves from more than 10,000 M 1.0 or larger quakes that occurred in the area in the past three years. They found that the quakes originated about 20 kilometers deep in the crust, before gradually migrating to shallower depths. According to the researchers, this is consistent with fluid ascending through an existing network of faults. The location of the quake epicenters occurred in a circular pattern, suggesting a ring-like structure to this fault network. This could indicate an ancient, collapsed caldera from a now-extinct volcano.

It’s not unusual for long-dead volcanos to still hold pockets of magma, and when these fluids move, they can deform the crust and cause faults to slip and slide against one another. Swarms like this can happen anytime in subduction zones, where the grinding of one plate under another continuously moves fluids around the crust. Another hypothesis is that the devastating M 9.1 Tohoku earthquake in 2011 set off fluid movement that is still echoing today; that quake was followed by several small swarms in northeastern Japan.

The question now is to understand how this current swarm transitioned from many small quakes to the large, damaging event that occurred in May 2023. The scientific team is working to understand how the crust might have been moving without shaking before that quake.

Source : Live Science through Yahoo News.

Localisation de la péninsule de Noto (Source : Wikipedia)

Fonte des glaciers et émissions de méthane au Svalbard // Glacier melting and methane emissions in Svalbard

Des scientifiques en mission au Svalbard (Norvège) ont découvert que le recul rapide des glaciers provoque la libération dans l’atmosphère de méthane (CH4), bien connu pour être un puissant gaz à effet de serre. Les émissions de ce gaz se produisent lorsque les glaciers laissent derrière eux le sol à découvert. Le phénomène s’avère plus répandu dans l’Arctique, où les températures augmentent rapidement et où les glaciers fondent, mais les émissions de méthane pourraient être d’une autre ampleur à l’échelle mondiale. L’étude a été publiée début juillet 2023 dans Nature Geoscience par des chercheurs d’universités de Norvège, du Canada et du Royaume-Uni. Les scientifiques ont étudié 78 glaciers du Svalbard. Certains étaient sur la terre ferme tandis que d’autres finissaient leur course dans la mer.
Au fur et à mesure que les glaciers du Svalbard reculent, les eaux souterraines remontent et forment des sources. Dans 122 cas sur 123, les scientifiques ont découvert que l’eau qui sort en bouillonnant contient du méthane à des concentrations très élevées. La quantité de CH4 émise par ces sources n’a pas été quantifiée avec précision, mais elle est importante.
Le plus préoccupant est l’âge du méthane émis. Le fait qu’il soit ancien laisse supposer qu’il provient de très grands réservoirs souterrains qui ont le potentiel de libérer beaucoup de gaz. Les chercheurs ont découvert que les émissions de gaz les plus intenses se produisaient dans des régions possédant des couches de schiste vieilles de millions d’années. Le méthane analysé au Svalbard n’est pas produit par des microbes, mais lors de la formation des roches. Cela signifie que le gaz est resté séquestré pendant de longues périodes dans d’anciens gisements de combustibles fossiles, principalement du gaz naturel et du charbon, mais que quelque chose – en l’occurrence la hausse des températures – a récemment fait disparaître le «capuchon cryosphérique», autrefois fourni par les glaciers ou le pergélisol. Ce couvercle retenait le méthane et son élimination a permis au gaz autrefois stable de s’échapper dans l’atmosphère.
Les scientifiques ont déclaré que le phénomène actuel se produit certainement dans de nombreux endroits autres que Svalbard ; il accélère potentiellement le réchauffement climatique dans l’Arctique. Le Svalbard est particulièrement concerné car le chapelet d’îles a connu un réchauffement impressionnant qui a provoqué le fort recul des glaciers. La région s’est considérablement réchauffée depuis 1976.
Comme je l’ai écrit plus haut, il n’existe pas de quantification officielle de l’ampleur des émissions de méthane provenant du recul des glaciers dans le monde. La fonte du pergélisol ajoute une source supplémentaire d’émissions de ce gaz dans l’Arctique. Les auteurs de l’étude estiment que 2 310 tonnes de méthane pourraient être émises au Svalbard chaque année. À titre de comparaison, la Norvège a déclaré que son secteur agricole a émis 105 940 tonnes de méthane en 2021. L’agriculture représente la plus grande source d’émission de ce gaz dans le pays. Dans l’ensemble, les émissions causées par le retrait des glaciers au Svalbard constitueraient un peu plus de 1 % de toutes les émissions de méthane en Norvège pour l’année 2021.
La vraie crainte des scientifiques n’est pas ce qui se passe au Svalbard, mais plutôt ce que cela entraînerait si le phénomène était plus répandu et s’il s’aggravait en raison de la poursuite du recul des glaciers. L’un des auteurs de l’étude a travaillé sur un lac qui émet du méthane en Alaska. Ce gaz d’origine géologique ancienne était émis au rythme alarmant de près de 11 tonnes par jour.
La dernière étude de juillet 2023 est importante car elle montre à quel point les émissions de méthane d’origines diverses sont omniprésentes dans l’environnement des glaciers en recul. Des émissions semblables, riches en méthane, ont été observées en Alaska et au Groenland en bordure des glaciers et de la calotte glaciaire. Dans une étude publiée en 2012, des chercheurs ont estimé que 2 millions de tonnes par an de méthane ancien, stocké profondément sous la terre, pourraient pénétrer dans l’atmosphère au niveau de l’Arctique. Avec le dégel du pergélisol, de nouveaux lacs se forment ; ils offrent au méthane de nouvelles voies pour atteindre l’atmosphère.
Source : The Washington Post.

—————————————————

Scientists working in Svalbard (Norway) have found that rapidly retreating glaciers are triggering the release into the atmosphere of methane, a potent greenhouse gas. The releases are triggered as glaciers leave behind newly exposed land. If the phenomenon is found to be more widespread across the Arctic, where temperatures are quickly rising and glaciers melting,the emissions could have global implications. The study was published in early July 2023 in Nature Geoscience by researchers from universities in Norway, Canada and the United Kingdom. The scientists studied 78 Svalbard glaciers that are based on land and several additional glaciers that end up into the ocean.

As the Svalbard glaciers move and land is left behind, groundwater seeps upward and forms springs. In 122 out of 123 of them, the scientists found, the water is filled with methane gas at very high concentrations that bubble upward under pressure. The amount of emissions these springs are emitting is not well quantified, but it is significant.

Most concerning is the apparent age of the emitted methane. The fact that it appears to be ancient suggests it could be coming from very large underground reservoirs with the potential to unleash a lot of gas. The researchers found that the most intense gas flows occurred in regions with underground shale layers that are millions of years old. The methane is not being produced contemporarily by microbes ; it was created when the rocks were formed. This implies that the gas has been sequestered for long periods in ancient deposits of fossil fuels, principally natural gas and coal, but that something – rising temperatures – has recently removed a “cryospheric cap,” once provided by glaciers or permafrost. It kept a lid on the methane, and its removal allowed the once stable gas to escape upward.

Scientists said the current phenomenon could certainly be happening in many places other than Svalbard, potentially adding another accelerator of warming in the Arctic.

If the methane releases represent a new phenomenon tied to the warming of the planet, Svalbard is an appropriate place for it. The string of islands has seen extraordinary warming, causing the strong retreat of glaciers. Svalbard has warmed dramatically since 1976.

As I put it above, there is no official quantification of how large methane emissions from retreating glaciers around the world could be. Together with the thawing permafrost, the phenomenon will add an additional source of methane emissions in the Arctic. The authors of the study estimate that 2,310 tons of methane could be emitted in Svalbard each year. By comparison, Norway reported 105,940 tons of methane emissions from its agricultural sector in 2021, the largest source of emissions for this gas. Overall, the emissions caused by retreating glaciers in Svalbard would constitute a little over 1 percent of all of Norway’s methane emissions for 2021.

The real fear is not what is happening in Svalbard, but rather, what it would mean if the phenomenon were more widespread, and if it is poised to worsen due to further glacial retreat. One of the authoors of the study documented a bubbling lake in Alaska that was also emitting ancient, geologic methane at the alarming rate of nearly 11 tons of gas per day.

The latest study is important because it shows how ubiquitous methane seeps, of various origins, are in the environment of retreating glaciers. Similar methane rich seeps have been found in Alaska and Greenland along margins of glaciers and the ice sheet. In a 2012 study, researchers estimated that 2 million tons per year of ancient methane gas, stored deep beneath the earth, could be seeping into the air across the Arctic. As the permafrost thaws, new lakes form and other changes provide new paths for the gas to reach the atmosphere.

Source : The Washington Post.

Evolution des températures annuelles au Svalbard entre 1976 et 2022 (Source : NASA)

 

Olympus Mons une île volcanique ? // Was Olympus Mons a volcanic island ?

Dominant la planète Mars, Olympus Mons – la plus haute montagne du système solaire – était peut-être autrefois une île volcanique cernée par un océan de près de 6 km de profondeur. C’est ce que semblent montrer des caractéristiques géologiques dans les imposantes falaises qui entourent le volcan éteint.
Olympus Mons s’élève à environ 22.500 m au-dessus de la surface martienne, et s’étale sur une immense base d’environ 600 km de diamètre. Une caldeira volcanique couronne le sommet du volcan dont la dernière éruption remonte à 25 millions d’années.
Le 24 juillet 2023, une équipe dirigée par Anthony Hildenbrand de l’Université Paris-Saclay (France) a publié dans la revue Earth and Planetary Science Letters une étude révélant qu’Olympus Mons présente des similitudes avec des îles volcaniques sur Terre, telles que les Açores, la Îles Canaries et les îles hawaïennes.
Cette hypothèse est étayée par les falaises et escarpements d’une hauteur de près de 6 km autour d’Olympus Mons. Selon l’équipe scientifique, les escarpements donnent l’impression de s’être formés lorsque la lave qui s’écoulait sur les flancs du volcan a rencontré l’eau profonde de l’océan. Cet événement a probablement eu lieu il y a environ 3,7 à 3,4 milliards d’années.
Des scientifiques ont déjà tenté de mettre en relation les escarpements et l’eau liquide, sans vraiment apporter de preuves à cette hypothèse jusqu’à présent. Si les scientifiques français ont raison, c’est effectivement que le sommet des escarpements était un ancien rivage. Aujourd’hui, on peut voir autour d’Olympus Mons une grande dépression causée par le poids de la montagne. La hauteur des escarpements indique que l’eau de l’océan a probablement rempli cette dépression jusqu’à une profondeur de 6 kilomètres.
On peut observer des reliefs similaires sur le flanc nord d’un autre volcan martien, Alba Mons, qui se trouve à plus de 1 800 km d’Olympus Mons, avec la présence possible de l’ancien océan.
Les volcans géants de Mars se sont peut-être formés au-dessus de points chauds où la convection dans le manteau fait s’élever un magma plus chaud dans un panache géant. L’auteur principal de l’étude ne pense pas que tous les volcans de la région se sont formés à partir du même panache. Selon lui, « l’hypothèse la plus probable est [qu’il y avait] localement des panaches distincts sous Olympus Mons et Alba Mons, séparés en surface par des centaines de kilomètres. » Ces panaches ont provoqué une inflation de la surface sur une grande échelle. L’équipe scientifique explique que le soulèvement du manteau qui a alimenté les volcans a eu un effet particulièrement important sur l’océan qui les entoure. En déformant considérablement la croûte de la planète, il a déplacé l’emplacement de l’océan.
Des études antérieures ont trouvé des preuves de deux rivages distincts dans une région de basse de Mars appelée Vastitas Borealis. Les chercheurs pensaient qu’ils étaient la preuve de deux océans distincts qui existaient dans Vastitas Borealis à des centaines de millions d’années d’intervalle. Cependant, les scientifiques français pensent qu’au lieu de plusieurs océans, il n’y en avait qu’un seul. Lorsque la poussée du manteau a fait se soulever la croûte de la planète et formé le Dôme (ou renflement) de Tharsis, la surface de Mars s’est suffisamment déformée pour déplacer l’emplacement de l’océan, ce qui explique la séparation de deux rivages dans le temps.
La dernière étude apporte aux planétologues plus de détails sur l’histoire de l’eau sur Mars. Lorsque le littoral de l’océan s’est déplacé, on pense que l’océan avait déjà commencé à reculer et à s’assécher. Si, par hasard, Mars avait été habitable, ce qui s’est passé à cette époque aurait probablement marqué la fin de cette habitabilité.
Source :space.com.

—————————————————

Mars’ mighty Olympus Mons – the tallest mountain in the solar system – may have once been a volcanic island surrounded by an ocean nearly 6 km deep, according to geological evidence found in towering cliffs that ring the extinct volcano.

Olympus Mons rises about 22.500 m above the Martian surface, and with an enormous base about 601 km wide. A volcanic caldera crowns the summit of the volcano. It last erupted 25 million years ago.

On July 24th, 2023, a team led by Anthony Hildenbrand of Université Paris-Saclay (France) published in the journal Earth and Planetary Science Letters a new study revealing that Olympus Mons displays similarities with volcanic islands on Earth, such as the Azores, the Canary Islands and the Hawaiian islands.

The evidence is in the form of giant cliffs, or escarpments, that rise nearly 6 km around Olympus Mons. According to the scientific team, the escarpments have the signature appearance of having formed when lava flowing down the flanks of the volcano encountered deep ocean water all around it. This event probably took place around 3.7 – 3.4 billion years ago.

While scientists have previously tried to connect the escarpments with liquid water, the exact relationship between them had not been clear until now. If the French team is correct, then the top of the escarpments marks an ancient shoreline. Today, around Olympus Mons, one can see a large depression in the surface, caused by the sheer weight of the mountain. The height of the escarpments indicates that ocean water probably filled in this depression to a depth of 6 kilometers.

Similar features are found on the northern flank of another Martian volcano, Alba Mons, which is located over 1,800 km away from Olympus Mons and indicates the possible extent of the ancient ocean.

The giant volcanoes of Mars may have formed over hot spots in the mantle where convection causes warmer magma to rise in a giant plume. Rather than all the volcanoes in the region having formed from the same plume, the lead author of the study explains that « the most probable hypothesis is [that there were] distinct regional plumes under Olympus Mons and Alba Mons, separated at the surface by hundreds of kilometers. » These plumes caused the surface to bulge outwards over a large area. The scientific team argues that the mantle uplift that powered the volcanoes had an even greater effect on the ocean around them, by deforming the planet’s crust so much that it shifted the location of the ocean.

Previous studies have found evidence for two distinct shorelines within a lowland region on Mars called Vastitas Borealis. They had been interpreted as evidence for two different oceans that existed in Vastitas Borealis hundreds of millions of years apart. However,the French team thinks that rather than multiple oceans, there was just one long-lasting ocean. As the mantle uplift pushed against the planet’s crust and formed the Tharsis Bulge, it deformed Mars’ surface enough to actually shift the location of the ocean, which accounts for two shorelines being separated in age.

The findings provide planetary scientists with further details about the history of water on Mars. When the ocean shoreline shifted, it is thought that the ocean was already beginning to recede and dry up. If Mars were ever habitable, this era could have signaled the end of that habitability.

Source : space.com

(Source : NASA)