Catégorie : Science

La datation au Carbone 14 à Hawaii // Radiocarbon dating in Hawaii

Afin d’étudier et d’essayer de prévoir le comportement d’un volcan, les géologues analysent en général les dépôts laissés par les éruptions du passé et déterminent l’âge de ces dépôts. Cette datation se fait par le carbone14 (14C), ou radiocarbone.
Les âges déterminés par la datation au carbone 14 sont exprimés en «années BP» (avant le présent). Le présent est l’année 1950 car après cette date, les essais nucléaires ont contaminé l’atmosphère avec un excès de carbone 14 (voir courbes ci-desssous).
La datation au carbone 14 a été initiée à Hawaï par Meyer Rubin, décédé en mai 2020, victime du COVID-19. Rubin a étudié à l’Université de Chicago en compagnie du prix Nobel Willard Libbey.
Meyer Rubin a commencé à travailler pour l’US Geological Survey (USGS) à Washington, D.C. où il a collaboré avec Hans Suess pour affiner la datation au carbone 14. Il a contribué à introduire cette technique à Hawaï et à la rendre accessible aux géologues.
Les premiers échantillons de carbone 14 utilisés pour dater les coulées de lave à Hawaï ont été collectés en 1955 et datés de 1958. Ils ont été découverts accidentellement à Hilo, quand un bulldozer a dégagé de la terre révélant des matières végétales carbonisées. Le premier échantillon provenait d’un ohi’a , une espèce d’arbre endémique à Hawaii et souvent associée à la déesse Pélé. L’échantillon avait un âge de 2 000 ± 250 ans BP. Le deuxième échantillon était un hapu’u, une espèce de fougère répandue à Hawaii. La datation a révélé un âge de 2070 ± 250 BP. Ces datations étaient cohérentes et proposaient un âge fiable des coulées de lave.
Un autre échantillon a été recueilli en 1959, à Wai’ohinu, dans la partie sud-est de l’île d’Hawaï. Il a été prélevé dans un cimetière, au cours du creusement d’une tombe. Un ouvrier a perforé une coulée de pahoehoe et a trouvé du charbon de bois. L’échantillon avait un âge de 3740 ± 250 ans B.P.
Ce n’est cependant qu’au début des années 1970 qu’une analyse systématique et méthodique du charbon de bois a commencé à Hawaii. Ce travail a été effectué par Jack Lockwood et Peter Lipman. Dans un article publié en 1980, les auteurs ont déclaré: «Après une vaste observation sur le terrain des contacts basaux préhistoriques et historiques des coulées de lave, nous avons effectué un travail de repérage sur le terrain pour détecter les zones de présence du charbon de bois et nous sommes maintenant en mesure de trouver du bois carbonisé sous la plupart des coulées de lave hawaïennes dans les zones de végétation.»
Avant 1974, seulement 11 coulées de lave du Mauna Loa et du Kilauea avaient été datées par la méthode du carbone 14. Très vite, avec de nouvelles connaissances sur la formation du charbon de bois, les géologues ont commencé à en prélever pour découvrir les secrets de la déesse Pélé. Jusqu’à présent, sur l’île d’Hawaï, les géologues du HVO ont recueilli plus de 1500 échantillons de charbon de bois et ont pu effectuer plus de 1000 datations au radiocarbone. Environ la moitié de ces échantillons proviennent du Mauna Loa.
Voici comment s’opère la datation au radiocarbone. La plus grande partie du carbone n’est pas radioactive, mais un isotope, le  14C, est radioactif et a une demi-vie de 5 700 ans. Le 14C est produit par décomposition radioactive de l’azote et est facilement utilisé par les plantes pour fabriquer des tissus, des fibres et du bois.
La quantité de 14C dans la plante diminue continuellement par désintégration radioactive, de sorte qu’après 5 700 ans, la quantité de 14C est de 50% de la quantité d’origine, lorsqu’elle est incorporée dans le tissu végétal. Après 5 700 autres années, la concentration chute à 25% de sa valeur initiale. Les scientifiques utilisent cette décomposition pour donner un âge au charbon de bois. Les techniques relativement nouvelles, comme le spectromètre de masse par accélérateur, peuvent théoriquement fournir des datations comprises entre 80 et 100 000 ans.
En réalité, la datation au carbone 14 est fiable jusqu’à environ 50 000 ans BP. Le carbone 14 a permis d’évaluer l’histoire géologique de l’île d’Hawaï. Grâce au regretté Meyer Rubin, à Jack Lockwood et à Peter Lipman, l’utilisation de la datation au carbone 14 a révolutionné la capacité des géologues à déterminer avec précision la date et fréquence des éruptions, et donc à découvrir la périodicité des dangers et évaluer les risques.
En permettant la datation des coulées de lave, le carbone 14 a été une véritable pierre de Rosette* pour comprendre l’histoire des volcans d’Hawaï!
Source: HVO / USGS.

* La pierre de Rosette est un fragment de stèle sur laquelle sont gravées trois écritures différentes d’un même texte et dans deux langues. Ce texte connut plusieurs tentatives de traduction avant que Champollion ne parvienne à déchiffrer les hiéroglyphes et à traduire intégralement les inscriptions.

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In order to study and try to forecast how a volcano will behave, geologists usyally analyse the deposits from past eruptions and determine the ages of those deposits. Radiocarbon dating is the principal tool of use.

Radiocarbon ages are expressed in “years BP” (Before Present). The present is the year 1950 because after that date nuclear weapons testing has contaminated the atmosphere with excess Carbon-14 ( 14C) [see graphs below]..

Radiocarbon dating was initiated in Hawaii by Meyer Rubin who died in May 2020, a victim of COVID-19. Rubin worked as a student at the University of Chicago with Nobel Prize winner Willard Libbey.

Meyer Rubin began his work with the US Geological Survey (USGS) in Washington, D.C., working with Hans Suess to refine radiocarbon dating. Meyer Rubin was instrumental in bringing radiocarbon dating to Hawaii and making this technique accessible to geologists.

The first radiocarbon samples used to date flows in Hawaii were collected in 1955 and dated in 1958. The samples were accidental finds, from Hilo, after a bulldozer cleared some land revealing carbonized plant materials. The first sample was from an ohi’a tree and yielded an age of 2,000 ± 250 years BP. A second sample, from hapu’u, gave an age of 2,070 ± 250 BP. These ages were internally consistent and yielded a reliable age of the flow.

Another sample was collected in 1959, in Wai’ohinu, on the southeast portion of the Island of Hawaii. The sample was collected in a churchyard, during the course of digging a grave, a worker broke through a pahoehoe flow and found charcoal. The sample provided an age of 3,740 ± 250 y B.P.

It was not until the early 1970s, however, that a systematic and methodical approach to charcoal recovery in Hawaii commenced. This effort was spearheaded by Jack Lockwood and Peter Lipman. In a paper published in 1980, the authors stated, “After extensive field observation of prehistoric and historic lava-flow basal contacts, we gradually developed field guidelines to predict areas of charcoal preservation and can now find carbonized wood under most Hawaiian lava flows that extend into vegetated areas.”

Prior to 1974, only 11 lava flows from Mauna Loa and Kilauea had been dated by the radiocarbon method. Soon, with new understandings of how charcoal is formed, geologists began to collect charcoal in earnest to uncover the secrets of Pele. So far, on the Island of Hawaii, HVO geologists have gathered over 1,500 charcoal samples and obtained more than 1,000 radiocarbon ages. About half of the dated material is from Mauna Loa.

Here is how radiocarbon dating works. Most carbon is not radioactive, but one isotope, 14C, is radioactive and has a half-life of 5,700 years. 14C  is produced by radioactive decay of nitrogen and is readily utilized by plants to build tissue, fiber, and wood.

The quantity of 14C  in the plant continuously diminishes through radioactive decay, so that after 5,700 years the amount of 14C is 50% of the amount when incorporated into plant tissue. After another 5,700 years, the concentration is down to 25% of its initial amount. Scientists use this decay to get an age from charcoal. The relatively new accelerator mass spectrometer techniques can theoretically provide ages between 80 and 100,000 years.

Realistically, radiocarbon dating is good to about 50,000 years BP. It has allowed to evaluate the geologic history of the Island of Hawaii. Thanks to the late Meyer Rubin, Jack Lockwood, and Peter Lipman, the use of radiocarbon dating has revolutionized grologists’ ability to firmly establish eruption frequency, unearth the periodicity of hazards, and assess risk.

One can say that for dating young lava flows, radiocarbon dating has proven to be a Rosetta Stone* for understanding the histories of Hawaii’s volcanoes!

Source : HVO / USGS.

*The Rosetta Stone is a fragment of a stele on which are engraved three different writings of the same text and in two languages. This text saw several attempts at translation before Champollion succeeded in deciphering the hieroglyphs and translating the inscriptions in full.

Influence des essais nucléaires atmosphériques (1950-1970 pour l’essentiel) sur la concentration atmosphérique en 14C.

Les secrets du lac d’Issarlès (Ardèche) enfin percés ?

Situé à 1 000 m d’altitude dans le département de l’Ardèche, le lac d’Issarlès est un maar. Autrement dit, à l’image du Lac Pavin dans le Puy-de-Dôme, il résulte d’une violente éruption phréatomagmatique qui a secoué la région il y a quelque 80 000 ans. Sa profondeur maximale est de 108 mètres, ce qui en fait le plus profond lac de maar de France, pour une circonférence de 3,8 km et une superficie de 90 hectares.

Le lac d’Issarlès est utilisé par EDF pour alimenter la centrale hydroélectrique de Montpezat-sous-Bauzon. Il est relié via des galeries souterraines à deux barrages sur la Loire et deux de ses affluents du plateau ardéchois, le Gage et la Veyradeyre. En dehors de la période estivale dévolue au tourisme, la production hydroélectrique entraîne un marnage important au niveau du lac.

Jusqu’à présent, on ne savait que très peu de choses sur les profondeurs du lac qui renferment les secrets des activités géologiques du passé. Afin d’essayer de les percer, un carottage a été réalisé dans les sédiments lacustres à la fin du mois de septembre. La presse locale indique que l’opération a été difficile. Il a fallu faire venir spécialement d’Autriche une barge d’eau flottante et la stabiliser à la surface du lac afin de tirer le meilleur parti possible de la carotte sédimentaire. Lors de cette opération, les chercheurs ont été confrontés à une baisse du niveau d’eau, à cause des prélèvements effectués par la centrale hydroélectrique mentionnée plus haut.

Le carottier a permis de prélever les sept premiers mètres d’une séquence évaluée à 30 mètres d’épaisseur. C’est à la force des bras et avec un treuil que l’on a remonté la carotte prélevée. Une fois analysée et datée, la séquence prélevée révèlera l’histoire environnementale, volcanique et sismique de ce secteur de l’Auvergne.
Emmanuelle Defive, maître de conférences à l’université Clermont Auvergne, et que je salue ici,  indique que l’équipe de chercheurs poursuit ses recherches sur l’étude des 200.000 dernières années, en analysant les interactions entre les volcans et l’occupation humaine. « Le lac d’Issarlès fait partie des jeunes volcans d’Ardèche dont la particularité est qu’il n’a jamais été précisément daté jusqu’à présent. Or ils sont contemporains de la chaîne des Puys.»

Les prospections au sonar acoustique effectuées en juin 2019 ont mis en évidence au moins cinq générations de glissements de terrain lacustres. Ces glissements perturbent localement la stratigraphie, mais constituent aussi un objet d’étude car ils témoignent d’événements tels que des variations d’eau du lac ou des mouvement sismique tels que ceux qu’a pu causer le séisme du Teil du 11 novembre 2019, à moins de 50 km à vol d’oiseau du lac d’Issarlès. Emmanuelle Defive ajoute : « Les enseignements tirés de ces diverses investigations devront être calés dans le temps aussi précisément que possible par des datations avec la méthode du radiocarbone. Les carottes seront envoyées au laboratoire Geode (Géographie de l’environnement), situé à Toulouse, pour y être finement analysées. Les résultats précis seront connus d’ici un an. Grâce à la datation par thermoluminescence, nous avons pu déjà obtenir une datation de ce lac de maar entre 50.000 et 60.000 ans, mais elle demande à être confirmée. »

D’un point de vue historique, l’activité du volcan d’Issarlès se situe dans la période de l’homme de Néandertal qui a vraisemblablement été témoin de ces éruptions car les panaches éruptifs se voyaient de loin. Selon le généticien Axel Kahn à qui je posais un jour la question, ces éruptions n’ont pas été représentées par les hommes de l’époque sur les parois des cavernes car elles faisaient partie de leur environnement quotidien. Ce qui importait, c’était la nourriture, d’où la figuration fréquente de bestiaires dans les grottes. La représentation d’un panache éruptif dans la grotte de Vallon-Pont-d’Arc reste d’ailleurs à prouver.
Le lac d’Issarlès représente également un excellent enregistreur permettant de connaître les fluctuations climatiques. Il y a 50.000 ans, ce lac était un cratère de maar. Dans les millénaires qui ont suivi l’éruption phréatomagmatique,  le cratère s’est rempli d’eau, mais aussi de sédiments. À travers leur épaisseur, les carottes, qui constituent de véritables archives du climat, vont pouvoir livrer leurs secrets en laboratoire avec l’analyse des pollens de fleurs fossiles ou de sables ou graviers.

Source : L’Eveil de la Haute Loire.

Vue du lac d’Issarlès, avec au fond le Mont Mézenc (Crédit photo : Wikipedia)

Dernières nouvelles de Io, la lune de Jupiter // Latest news of Io, Jupiter’s moon

 CNN a publié un article très intéressant sur les dernières observations d’Io, la lune volcanique de Jupiter. Cette lune a été nommée ainsi en référence à une mortelle transformée en vache lors d’un combat entre Zeus et Hera dans la mythologie grecque
Plus de 400 volcans ornent la surface de Io, en faisant le monde volcanique le plus actif de notre système solaire. Certains de ces volcans sont si puissants que leurs éruptions peuvent être vues à l’aide de grands télescopes sur Terre.
De nouvelles images recueillies par un réseau de télescopes ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) au Chili ont permis de voir pour la première fois l’effet direct de cette activité volcanique sur la mince atmosphère de la lune. Une étude incluant ces données devrait être publiée prochainement  dans le Planetary Science Journal.
Les images capturées le réseau de télescopes offrent une nouvelle perspective sur la lune et sa palette de couleurs, avec du jaune, du blanc, de l’orange et du rouge. Ces couleurs sont dues aux gaz sulfureux émis par les nombreux volcans, et qui gèlent lorsqu’ils rencontrent les températures froides de la surface.

Une lune couverte de volcans pourrait faire penser que Io est un corps céleste chaud, mais il n’en est rien ; la surface d’Io est  froide en permanence, avec une température d’environ moins 145°C (- 230°F).
L’atmosphère d’Io est si ténue qu’elle est environ un milliard de fois plus mince que celle de la Terre. Des observations et études antérieures de la lune ont révélé que cette atmosphère est en grande partie composée de dioxyde de soufre (SO2).
Cependant, on ne sait pas quel processus entraîne la dynamique dans l’atmosphère d’Io. Il se peut qu’il s’agisse d’une activité volcanique ou d’un gaz qui se sublime au contact de la surface glacée lorsque Io est au soleil. Les chercheurs ont utilisé ALMA pour capturer des images de la lune alors qu’elle se déplaçait dans et hors de l’ombre de Jupiter afin de mieux comprendre son atmosphère. Lorsque Io passe dans l’ombre de Jupiter et qu’elle n’est pas exposée directement à la lumière du soleil, le SO2 condense à la surface de Io. Pendant ce temps, on ne peut voir que du SO2 d’origine volcanique. On peut donc mesurer exactement quelle proportion de l’atmosphère est affectée par l’activité volcanique. Par la suite, dès que Io reçoit le lumière du soleil, la température augmente, son atmosphère se reforme en 10 minutes environ, plus vite que l’avaient prédit les modèles précédents. Cependant, les dernières données montrent que tout le SO2 ne gèle pas pendant les périodes de baisse de température quand Io se trouve dans l’ombre de Jupiter. En fait, ALMA a pu détecter les émissions de SO2 en provenance de ce que les chercheurs appellent des « volcans furtifs », qui n’émettent pas de gaz ou de particules détectables, mais qui émettent leur gaz dans une atmosphère suffisamment chaude pour éviter leur condensation et le gel.
Les scientifiques sont désormais en mesure d’expliquer le déroulement de ces processus chauds. L’attraction de Jupiter, Ganymède et Europa chauffe l’intérieur d’Io, ce qui donne naissance à des volcans qui émettent du dioxyde de soufre sous forme de gaz. Finalement, le gaz se condense et gèle pour former une épaisse couche de glace à la surface d’Io. Cette couche est recouverte de poussière volcanique, ce qui fait apparaître les couleurs caractéristiques de la lune.
Les images ALMA ont révélé des panaches distincts de SO et de SO2 émis par les volcans, et contribuant pour 30% à 50% à l’atmosphère de la lune. Les scientifiques ont également détecté du chlorure de potassium gazeux (KCl), un composant observé dans le magma des volcans. Les chercheurs pensent que cela montre qu’il existe des réservoirs de magma diffèrents entre les volcans.
Io est à peine plus grande que notre Lune, mais elle est très différente. De plus, son environnement ne ressemble à rien de ce que l’on trouve sur Terre. À côté des volcans, la surface d’Io est également recouverte de lacs de lave silicatée en fusion. Avec un tel paysage, les scientifiques affirment qu’il serait totalement impossible d’y vivre.
Io est coincée entre la puissante gravité de Jupiter et le tiraillement des orbites des autres lunes comme Europa et Ganymède, ce qui participe à l’activité sur Io. Certains volcans sont imposants, comme Loki Patera, qui mesure 200 kilomètres de diamètre. La lune est sur une orbite verrouillée autour de Jupiter, ce qui signifie que c’est toujours la même face de la lune qui est orientée vers la planète.
Les images ALMA ont révélé que l’atmosphère d’Io devient incroyablement instable lorsqu’elle traverse l’ombre de Jupiter. Cela se produit toutes les 42 heures pendant l’orbite d’Io autour de sa voisine.
Les observations et études futures permettront aux chercheurs de déterminer la température de la basse atmosphère d’Io, qui reste inconnue pour le moment.
Source: CNN.

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CNN has released a very interesting article about the latest observations of IO, Jupiter’s volcanic moon. The moon was named with reference to a mortal woman who is transformed into a cow during a fight between Zeus and Hera in Greek mythology

Io is covered by more than 400 active volcanoes, and it is the most volcanically active world in our solar system. Some of Io’s volcanoes are so powerful that their eruptions can be seen using large telescopes on Earth.

New images collected by an array of telescopes on Earth have observed for the first time the direct effect of this volcanic activity on the moon’s thin atmosphere. A study including this data is expected to be published in the Planetary Science Journal.

The images captured by ALMA, or the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array of telescopes in Chile, provide a new perspective on the moon and its colour palette of yellow, white, orange and red. These colours are due to the sulphurous gases spewing from the moon’s many volcanoes that freeze when they meet the cold temperatures of the icy surface.

Although the idea of a moon covered in volcanoes suggests Io would be a hot celestial body, Io’s surface is always cold at about – 145°c (- 230°F)..

Io’s atmosphere is so faint that it is about a billion times thinner than Earth’s. Previous observations and studies of the moon revealed that this atmosphere is largely comprised of sulphur dioxide gas (SO2).

However, it is not known which process drives the dynamics in Io’s atmosphere. It might be volcanic activity, or gas that has sublimated from the icy surface when Io is in sunlight. Researchers used ALMA to capture images of the moon as it moved into and out of Jupiter’s shadow to understand more about the moon’s atmosphere. When Io passes into Jupiter’s shadow, and is out of direct sunlight, it is too cold for SO2, and it condenses onto Io’s surface. During that time one can only see volcanically-sourced SO2. One can therefore see exactly how much of the atmosphere is impacted by volcanic activity. Then, as soon as Io gets into sunlight, the temperature increases, its atmosphere reforms in about 10 minutes’ time, faster than what models had predicted. However, the researchers’ data show that not all of the SO2 freezes during the temperature drop Io experiences while in Jupiter’s shadow. In fact, ALMA was able to detect global radio SO2 emissions from what the researchers call “stealth volcanoes”, which don’t emit smoke or detected particles, but release the gas into the atmosphere that is warm enough to keep from condensing and freezing.

Scientists are now able to explain these hot processes unfold. The tug of Jupiter, Ganymede and Europa heat the interior of Io, which creates volcanoes that release hot sulphur dioxide gas. Eventually, the gas condenses and freezes in a thick layer of SO2 ice on Io’s surface. That layer is covered over by volcanic dust, which creates Io’s signature colours.

The clarity of the ALMA images revealed distinct plumes of SO and SO2 coming from the volcanoes, contributing between 30% to 50% of the moon’s atmosphere. The scientists also saw potassium chloride gas (KCl), a common component of magma, emerging from the volcanoes. The researchers believe that this suggests that the magma reservoirs differ between volcanoes.

Io is only slightly larger than our moon, but it is very different. What’s more, its environment is unlike anything found on Earth. Beside the volcanoes, Io’s surface is also covered with lakes of molten silicate lava. With such a dramatic landscape, scientists say it would be totally impossible to live there.

Io is caught between Jupiter’s massive gravity and the tug of orbits from the planet’s other moons like Europa and Ganymede, which contributes to the activity on Io. Some of its volcanoes are massive, like Loki Patera, which is 200 kilometres across. The moon is in a tidally locked orbit around Jupiter, meaning that the same side of the moon always faces the planet.

The ALMA images revealed that Io’s atmosphere becomes incredibly unstable when it passes through Jupiter’s massive shadow. This occurs every 42 hours during Io’s orbit around its neighbour.

Future observations and studies will allow researchers to determine the temperature of Io’s lower atmosphere, which remains unknown for now.

Source: CNN.

Les images ALMA d’Io montrent pour la première fois des panaches de dioxyde de soufre (en jaune) s’élevant des volcans. Jupiter est visible en arrière-plan (image de la sonde Cassini). [Source : ALMA, NASA, Space Science Institute]

Nouvelle lumière sur la collision tectonique au Tibet // New light on tectonic collision in Tibet

De nouvelles données sismiques recueillies par des scientifiques de l’Université de Stanford et de l’Académie Chinoise des Sciences Géologiques montrent que deux processus entrent en action simultanément sous la zone de collision tibétaine. C’est la première fois que des scientifiques disposent d’images fiables des variations longitudinales dans la zone de collision de l’Himalaya. L’étude a été publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences en septembre 2020.

En plus d’être un lieu idéal pour les aventuriers et les personnes à la recherche d’une retraite spirituelle, la région de l’Himalaya est un endroit extraordinaire pour comprendre les processus géologiques. Elle abrite des gisements de cuivre, de plomb, de zinc, d’or et d’argent, ainsi que des éléments plus rares comme le lithium, l’antimoine et le chrome. Le soulèvement du plateau tibétain affecte même le climat car il influence la circulation atmosphérique et le développement des moussons.
Cependant, les scientifiques ne maîtrisent pas totalement les processus géologiques qui contribuent à la formation de la région. L’étude de l’Himalaya est rendue difficile par les problèmes d’accès physique et politique au Tibet. En conséquence, la plupart des missions sur le terrain ont été trop limitées dans l’espace pour comprendre la situation dans son ensemble, ou bien elles n’ont pas eu suffisamment de résolution en profondeur pour bien comprendre les processus en jeu.
Aujourd’hui, les nouvelles données sismiques collectées par des géophysiciens de la School of Earth, Energy & Environmental Sciences de Stanford offrent la première vue ouest-est du sous-sol de la région où s’affrontent l’Inde et l’Asie. L’étude participe au débat en cours sur la structure de la zone de collision himalayenne, source de catastrophes comme le séisme de Gorkha en 2015 qui a tué environ 9 000 personnes et en a blessé des milliers d’autres.
Les nouvelles données sismiques montrent que deux processus concurrents entrent probablement en action simultanément sous la zone de collision: 1) le mouvement d’une plaque tectonique sous une autre, ainsi que 2) l’amincissement et l’effondrement de la croûte.
C’est la première fois que des scientifiques recueillent des images vraiment fiables de la variation longitudinale de la zone de collision de l’Himalaya. Lorsque la plaque indienne entre en collision avec l’Asie, elle forme le Tibet, le plus haut et le plus vaste plateau de haute montagne de la planète. Ce processus a commencé très récemment dans l’histoire géologique, il y a environ 57 millions d’années. Les chercheurs ont proposé diverses explications pour sa formation, comme un épaississement de la croûte terrestre qui serait causé par la plaque indienne en se frayant un chemin sous le plateau tibétain.
Pour vérifier ces hypothèses, les chercheurs ont installé de nouveaux sismomètres en 2011 afin de rechercher des détails qui auraient pu passer inaperçus auparavant. Surtout, les nouveaux sismos ont été installés d’est en ouest à travers le Tibet. Auparavant, ils n’avaient été déployés que du nord au sud parce que c’est dans cette direction que les vallées du pays sont orientées et c’est aussi la direction dans laquelle les routes ont été historiquement construites.
Au final, les images reconstituées à partir d’enregistrements par 159 nouveaux sismomètres étroitement espacés le long de deux profils d’un millier de kilomètres de long, révèlent les endroits où la croûte indienne présente des déchirures profondes provoquées par la courbure de l’arc himalayen.
Tandis que la plaque tectonique indienne se déplace à partir du sud, le manteau, qui constitue la partie la plus épaisse et la plus solide de la plaque, plonge sous le plateau tibétain. Les dernières analyses révèlent que ce processus provoque la rupture de petites parties de la plaque indienne sous deux des rifts de surface, ce qui crée probablement des déchirures dans la plaque, de la même manière qu’un camion traversant un espace étroit entre deux arbres arrache des morceaux d’écorce. L’emplacement de ces déchirures semble essentiel pour comprendre jusqu’à quelle distance un séisme majeur comme celui Gorkha va se propager.
La survenue de séismes très profonds, à plus de 60 kilomètres sous la surface, est un aspect surprenant du Tibet. En utilisant leurs données sismiques, les chercheurs ont détecté des relations entre les déchirures de la plaque et la survenue de ces séismes profonds.
La dernière étude explique également pourquoi la force de la gravité varie dans différentes parties de la zone de collision. Les co-auteurs ont émis l’hypothèse qu’après que les petits morceaux se soient détachés de la plaque indienne, un matériau plus tendre car plus chaud est remonté des profondeurs, créant des déséquilibres de masse dans la zone de collision Inde-Tibet.
Source: Université de Stanford.
Référence: « Localized foundering of Indian lower crust in the India–Tibet collision zone » – Shi, D. et al. – Proceedings of the National Academy of Sciences – https://doi.org/10.1073/pnas.2000015117

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New seismic data collected by scientists at Stanford University and the Chinese Academy of Geological Sciences suggests that two competing processes are simultaneously operating beneath a collision zone in Tibet. The research marks the first time scientists have gathered credible images of along-strike or longitudinal variation in the Himalaya collision zone. Itwas published in the Proceedings of the National Academy of Sciences in September 2020..

In addition to being the place to be for adventurers and spiritual seekers, the Himalaya region is a wonderful place for understanding geological processes. It hosts mineral deposits of copper, lead, zinc, gold and silver, as well as rarer elements like lithium, antimony and chrome. The uplift of the Tibetan plateau even affects global climate by influencing atmospheric circulation and the development of seasonal monsoons.

However, scientists still don’t fully understand the geological processes contributing to the region’s formation. The study of the Himalayas is made difficult by the physical and political inaccessibility of Tibet. As a consequence, most field experiments have either been too localized to understand the big picture or they have lacked sufficient resolution at depths to properly understand the processes.

Now, new seismic data gathered by geophysicists at Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences provides the first west-to-east view of the subsurface where India and Asia collide. The research contributes to an ongoing debate over the structure of the Himalaya collision zone, the source of catastrophes like the 2015 Gorkha earthquake that killed about 9,000 people and injured thousands more.

The new seismic images suggest that two competing processes are simultaneously operating beneath the collision zone: 1) movement of one tectonic plate under another, as well as 2) thinning and collapse of the crust.

The study marks the first time that scientists have collected truly credible images of an along-strike, or longitudinal, variation in the Himalaya collision zone. As the Indian plate collides with Asia it forms Tibet, the highest and largest mountain plateau on the planet. This process started very recently in geological history, about 57 million years ago. Researchers have proposed various explanations for its formation, such as a thickening of the Earth’s crust caused by the Indian plate forcing its way beneath the Tibetan Plateau.

To test these hypotheses, researchers installed new seismic recorders in 2011 in order to resolve details that might have been previously overlooked. Importantly, the new recorders were installed from east to west across Tibet; traditionally, they had only been deployed from north to south because that is the direction the country’s valleys are oriented and thus the direction that roads have historically been built.

The final images, pieced together from recordings by 159 new seismometers closely spaced along two 1,000-kilometre long profiles, reveal where the Indian crust has deep tears associated with the curvature of the Himalayan arc.

As the Indian tectonic plate moves from the south, the mantle, the thickest and strongest part of the plate, is dipping beneath the Tibetan plateau. The new analyses reveal that this process is causing small parts of the Indian plate to break off beneath two of the surface rifts, likely creating tears in the plate, similar to how a truck barreling through a narrow gap between two trees might chip off pieces of tree trunk. The location of such tears can be critical for understanding how far a major earthquake like Gorkha will spread.

The occurrence of very deep earthquakes, more than 60 kilometres below the surface, is an unusual aspect of Tibet. Using their seismic data, the researchers found associations between the plate tears and the occurrence of those deep quakes.

The research also explains why the strength of gravity varies in different parts of the collision zone. The co-authors hypothesized that after the small pieces dropped off from the Indian plate, softer material from underneath bubbled up, creating mass imbalances in the India-Tibet collision zone.

Source: Stanford University.

Reference: « Localized foundering of Indian lower crust in the India–Tibet collision zone » – Shi, D. et al. – Proceedings of the National Academy of Sciences – https://doi.org/10.1073/pnas.2000015117

Environnement tectonique du Népal avec le séisme de Gorkha (Source : IPG, USGS)