Catégorie : Science

Chaleur du noyau terrestre et fonte de l’Arctique // Earth’s core heat and Arctic melting

L’accumulation de gaz à effet de serre reste la cause principale de la fonte de la banquise et des glaciers dans le monde. A côté de cette théorie aujourd’hui largement acceptée par le monde scientifique, certains chercheurs expliquent que la fonte accélérée des glaces en Arctique serait amplifiée par d’autres phénomènes.

Ces scientifiques ont découvert la présence sous le Groenland d’un panache mantellique issu des profondeurs de notre planète. Ce panache aurait pour effet de faire fondre la glace par en dessous. Leur travail a été publié dans le Journal of Geophysical Research.

Il existe de nombreuses preuves de l’activité géothermique dans l’Arctique. Il suffit de se tourner vers l’Islande pour s’en rendre compte. La source de chaleur dans ce pays est  due à la présence d’un point chaud venant se juxtaposer à un phénomène tectonique d’accrétion. Ce point chaud conditionne également l’activité volcanique. On sait que les volcans constituent généralement le point de sortie des panaches mantelliques.

Pas très loin de l’Islande, l’archipel norvégien du Svalbard est considéré comme une zone géothermique où un flux de chaleur élevé réchauffe les eaux souterraines.

Toutefois, le rôle joué par la chaleur souterraine dans la fonte de la glace arctique a été très peu exploré jusqu’à maintenant.

Aujourd’hui, les chercheurs de l’université japonaise de Tohoku pensent que ces différentes sources de chaleur dans l’Arctique ont une origine commune : le panache du Groenland. Ils ont observé que le panache provient de la limite entre le noyau et le manteau terrestres, jusqu’à la zone de transition du manteau sous le Groenland. (La zone de transition du manteau se situe entre 410 et 660 kilomètres de profondeur). Les chercheurs ont remarqué que le panache du Groenland présente deux autres branches dans le manteau inférieur qui alimentent d’autres panaches dans la région. Cela fournit notamment de la chaleur à l’Islande et Jan Mayen, mais aussi à la zone géothermique du Svalbard.

Dans le cadre de leur étude, les chercheurs japonais se sont appuyés sur la vitesse de déplacement des ondes sismiques entre la croûte et l’intégralité du manteau sous ces régions. La tomographie sismique est une technologie semblable au scanner utilisé sur l’homme dans les hôpitaux. Elle permet de créer des modèles en trois dimensions qui révèlent la structure à grande échelle du manteau terrestre.

Les chercheurs japonais ont  installé des sismographes sur la calotte glaciaire du Groenland dans le cadre du réseau de surveillance de la calotte glaciaire du Groenland (Greenland Ice Sheet Monitoring Network). Mis en place en 2009, ce projet réunit des chercheurs de 11 pays.

Source : Regard sur l’Arctique.

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The accumulation of greenhouse gases remains the main cause of the melting of sea ice and glaciers around the world. Alongside this theory, which is now widely accepted by the scientific world, some researchers explain that the accelerated melting of ice in the Arctic is amplified by other phenomena.

These scientists have discovered the presence under Greenland of a mantle plume from the depths of our planet. This plume may melt the ice from below. Their work has been published in the Journal of Geophysical Research.

There is ample evidence of geothermal activity in the Arctic. One just needs to look to Iceland to realize this. The heat source in this country is due to the presence of a hot spot juxtaposed with a tectonic accretion phenomenon. This hot spot also conditions volcanic activity. We know that volcanoes generally constitute the exit point for mantle plumes.

Not far from Iceland, the Norwegian archipelago of Svalbard is considered a geothermal area where a high heat flux heats the groundwater. However, the role of subterranean heat in melting Arctic ice has been little explored to date.

Today, researchers at Tohoku University (Japan) believe that these different heat sources in the Arctic have a common origin: the Greenland plume. They observed that the plume originates from the boundary between the Earth’s core and mantle, to the mantle transition zone below Greenland. (The mantle transition zone is between 410 and 660 kilometres deep). The researchers noted that the Greenland plume has two other branches in the lower mantle that feed other plumes in the region. This notably provides heat to Iceland and Jan Mayen, but also to the Svalbard geothermal area.

In their study, the Japanese researchers relied on the velocity of seismic waves between the crust and the entire mantle beneath these regions. Seismic tomography is similar to the scanner technology used on humans in hospitals. It enables the creation of three-dimensional models that reveal the large-scale structure of the Earth’s mantle.

Japanese researchers have installed seismographs on the Greenland ice sheet as part of the Greenland Ice Sheet Monitoring Network. Set up in 2009, this project brings together researchers from 11 countries.

Source: Regard sur l’Arctique.

Une caldeira géante au coeur des Aléoutiennes (Alaska)? // A huge caldera at the heart of the Aleutians (Alaska) ?

L’information a fait la une de nombreux médias. Ainsi, on peut lire sur le site web du très sérieux National Geographic un article très surprenant qui explique que «des îles de l’Alaska font peut-être partie d’un même volcan de taille imposante». Là où les scientifiques pensaient qu’il y avait plusieurs petits volcans indépendants pourrait exister un seul énorme édifice volcanique!

C’est la conclusion d’une étude qui sera présentée lors de la prochaine réunion de l’American Geophysical Union. Le nouveau volcan – si sa découverte est confirmée par des études ultérieures  – se serait formé lors d’un événement bien plus spectaculaire que l’éruption du Mont St. Helens en 1980.

Le volcan géant est délimité par un ensemble semi-circulaire d’édifices potentiellement actifs connus sous le nom d’Iles des Quatre Montagnes – Islands of the Four Mountains (IFM) – au cœur des îles Aléoutiennes. Ces îles, qui ont longtemps été considérées comme des volcans indépendants, pourraient en réalité constituer une série de bouches éruptives reliées entre elles le long de la lèvre d’une caldeira volcanique beaucoup plus grande. Les six sommets en question ont pour noms Herbert, Carlisle, Cleveland, Tana, Uliaga et Kagamil. Toutefois, si cette caldeira volcanique existe, les scientifiques disent que cela ne signifie pas forcément qu’une catastrophe se produira dans le futur.

Pour arriver à leur conclusion surprenante, les chercheurs ont étudié la géologie locale. Ils ont tenté de détecter la moindre sismicité et ont effectué des analyses chimiques pour comprendre la composition des gaz s’échappant du sol. En étudiant ces données, ils ont remarqué certaines caractéristiques qui les ont conduits à penser qu’elles pourraient appartenir à une ancienne éruption de grande ampleur.

La première pièce du puzzle est la forme en demi-cercle des volcans IFM qui fait penser à une caldeira. On sait que la formation d’une caldeira peut donner naissance à un certain nombre de fractures à travers lesquelles le magma peut s’infiltrer avant d’atteindre la surface, de sorte que des groupes de bouches éruptives se rencontrent fréquemment autour ou au centre de la caldeira.

Les chercheurs en ont conclu que les volcans IFM pouvaient représenter une série de structures géologiques connectées entre elles autour d’une caldeira de 20 kilomètres de large dont le fond se situerait à des centaines de mètres sous la surface de l’Océan Pacifique.

La découverte d’ignimbrites a constitué une autre pièce du puzzle. Ces matériaux se forment lorsqu’une grande éruption dépose des couches de cendres volcaniques à haute température si épaisses que les grains se soudent pour former une roche solide.

En plus des premières pièces du puzzle, les scientifiques ont recueilli de nouveaux éléments, en particulier des anomalies gravimétriques fournies par des données satellitaires et des études bathymétriques conduites dans la région peu après la Seconde Guerre mondiale. Les cartes des fonds marins montrent plusieurs structures de dorsales courbées, ainsi qu’une dépression de plus de 120 mètres de profondeur susceptible de faire partie d’une caldeira. Si ces observations sont confirmées, cela pourrait signifier qu’un bassin sous-marin a pu se former à la suite d’une puissante éruption volcanique.

Les chercheurs admettent que «chacune de ces preuves potentielles est discutable». Cependant, à mesure qu’elles s’accumulent, l’idée d’une caldeira devient de plus en plus plausible.

De nouvelles recherches seront nécessaires pour confirmer l’existence d’une telle caldeira dans les Aléoutiennes. Pour le moment, les scientifiques ne connaissent pas la taille exacte de la caldeira, et ils ne savent pas non plus si elle a été formée par une grande éruption ou plusieurs événements de moindre importance.

Source: National Geographic.

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Cette information est intéressante, mais l’hypothèse avancée par les scientifiques doit être étayée sérieusement. Une caldeira en zone de subduction avec la lèvre ornée de petits volcans comme les bougies d’un gâteau d’anniversaire? Je demande confirmation! Pour le moment, à mes yeux, ces volcans actifs font partie de l’arc de subduction de la Chaîne des Aléoutiennes. Il faudra trouver et analyser sur la terre ferme du sud-ouest de l’Alaska les restes de l’éruption qui a façonné cette caldeira. En effet, si l’explosion a effectivement eu lieu, sa puissance a été considérable et les projections ne se sont probablement pas limitées à l’océan!

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One can read on the website of the very serious National Geographic a very surprising article that explains that “Alaska islands may be part of single, massive volcano.” What scientists thought were several small, independent volcanoes might actually be a single huge volcanic edifice!.

This is the conclusion of research to be presented at the next American Geophysical Union meeting. If it proves true, the new ly discovered – if it relay exists – once erupted in an event far more dramatic than the 1980 eruption of Mount St. Helens.

The giant volcano is marked by a semi-circular cluster of potentially eruptive summits known as the Islands of the Four Mountains (IFM), among   the Aleutian Islands. These islands, which  have been long considered as independent volcanoes, might actually be a series of connected vents along the edge of a much larger volcanic caldera. The six peaks include Herbert, Carlisle, Cleveland, Tana, Uliaga, and Kagamil. Should this volcanic caldera exist, the scientists say that it does not mean a catastrophe will occur in the future.

To get to their surprising conclusion, the researchers examined the local geology. They used tried to detect the slightest seismicity and performed chemical analyses to understand the composition of gasses effusing from the ground. While studying this data, they notices some features that led them to think they might belong to an enormous and ancient eruption.

The first piece of the puzzle was the curious half-ring shape of the closely clustered IFM volcanoes which really looked like a caldera. The formation of a caldera produces a number of fractures through which magma can then seep to the surface, so that volcanic clusters are common around their edges or centres.

As a consequence, the researchers imagined that the IFM volcanoes might represent a series of connected geologic structures around a potential 20-kilometre-wide caldera whose botto would lie hundreds metres beneath the surface of the Pacific Ocean.

Another piece of the puzzle was the discovery of ignimbrites. These materials form when a large eruption lays down hot temperature volcanic ash so thick that the grains weld together into solid rock.

Confirming the first pieces of the puzzle, the scientists collected more evidence, including gravity anomalies from satellite data and bathymetric surveys that were conducted in the area shortly after World War II. The maps of the seafloor revealed several curved ridge structures and a depression more than 120 metres deep that could be part of a caldera. If these observations are confirmed, it might mean that a potential underwater basin resulted from a powerful volcanic explosion.

The researchers admit that “any one piece of these pieces of evidence is questionable.” However, as they are getting more and more numerous, the idea of a caldera does become more and more reliable.

More research will be needed to confirm the existence of a caldera in the Aleutians. For one thing, the scientists are not sure about the size of the caldera, and they don’t know whether it was made from one large eruption or several smaller events.

Source : National Geographic.

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This is interesting information, but the hypothesis set forth by scientists needs to be seriously substantiated. A caldera in a subduction zone with its rim adorned with small volcanoes like candles on a birthday cake? I need confirmation! At the moment, to my eyes, these active volcanoes are part of the Aleutian Chain subduction arc. It will be necessary to find and analyze on the mainland of southwest Alaska the remains of the eruption that shaped this caldera. Indeed, if the explosion did indeed take place, its power was considerable and the projections were probably not limited to the ocean!

Carte de localisation des Islands of the Four Mountains (Google Maps)

Islands of the Four Mountains vues depuis l’ISS

Les déclencheurs subtils de l’éruption du Kilauea en 2018 // The subtle triggers of the Kilauea eruption in 2018

Selon une nouvelle étude effectuée par l’Université d’Hawaï et l’USGS, l’éruption du Kilauea en 2018 a été déclenchée par la pression qui s’était accumulée pendant dix ans dans la partie supérieure du volcan. À l’aide des données fournies par l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) sur les événements éruptifs qui se sont produits avant et pendant l’éruption de 2018 au sommet et sur le flanc du volcan, les chercheurs ont pu comprendre son déroulement. L’étude a révélé que l’éruption a été provoquée par la suite en cascade d’événements mineurs  sur le site du Pu’uO’o ; ils ont par la suite entraîné des destructions à grande échelle et provoqué des bouleversements majeurs sur le volcan.

Les données du HVO montrent que l’accumulation de magma pendant de longues années dans le système d’alimentation du Pu’uO’o (l’éruption avait duré 35 ans !) a exercé une très forte pression sur l’ensemble de l’édifice volcanique. C’est cet excès de pression qui a propulsé le magma dans la Lower East Rift Zone.

L’étude démontre que la prévision des éruptions peut être difficile dans les scénarios où se produit une surpression magmatique avant le déclenchement d’une éruption. Les petits événements qui déclenchent l’éruption peuvent être difficiles à détecter à l’échelle de l’ensemble du volcan.

L’éruption de 2018 a montré qu’il ne fallait pas se fier uniquement à l’activité récente pour prévoir les éruptions. Des études comme celle-ci, qui analysent les aspects plus subtils du comportement d’un volcan, permettront de réduire les coûts, humains et physiques, des prochaines éruptions. À l’avenir, les scientifiques du HVO adopteront donc des approches plus diversifiées pour comprendre la structure souterraine et le mouvement du magma dans l’East Rift Zone du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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Le Parc National des Volcans d’Hawaï vient d’informer le public qu’il y aura six jours de gratuité en 2021 :

18 janvier – Martin Luther King Day

17 avril – Premier jour de la semaine des parcs nationaux

4 août – Anniversaire du Great American Outdoors Act

25 août – Anniversaire du National Park Service

25 septembre – Journée nationale des terres publiques

11 novembre – Journée des anciens combattants

Cette information est l’occasion pour moi de féliciter Rhonda Loh qui vient d’être nommée surintendante du Parc National des Volcans d’Hawaï. Bonne chance Rhonda !

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According to a new study from the University of Hawaii and USGS, the 2018 eruption of Kilauea was triggered by a decade-long build-up of pressure in the upper parts of the volcano. Using Hawaiian Volcanoes Observatory (HVO) data from before and during the 2018 eruptions at the summit and flank, the research team reconstructed the geologic events. The study revealed that the eruption evolved, and its impact expanded, as a sequence of cascading events allowed relatively minor changes at Pu’uO’o to cause major destruction and historic changes across the volcano.

The data suggest that it was an accumulation of magma in the plumbing system at the Pu’uO’o eruption site (the eruption had lasted for 35 years) that caused widespread pressurization in the volcano, driving magma into the lower flank.

The study demonstrates that eruption forecasting can be difficult in scenarios where volcanoes accumulate magma pressure before triggering an eruption. The small events that trigger the eruption may be hard to detect and are easy to overlook on the scale of the entire volcano.

The 2018 eruption showed that one should not rely only on recent activity to forecast future eruptions. Studies like this, which probe the more subtle influences of the behaviour of a volcano, are targeted at reducing the costs, both human and physical, of the next eruptions.

In the future, HVO’s research team will adopt diverse approaches to understanding the subsurface structure and movement of magma on Kilauea’s East Rift Zone.

Source: USGS / HVO.

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The Hawaii Volcanoes National Park has just informed the public that there will be six days with no entrance fees in 2021:

January 18th – Martin Luther King, Jr. Day

April17th – First Day of National Park Week

August 4th – Great American Outdoors Act anniversary

August 25th – National Park Service Birthday

September 25th – National Public Lands Day

November 11th – Veterans Day

This information is an opportunity for me to congratulate Rhonda Loh who has just been appointed Superintendent of Hawaiii Volcanoes National Park. Good luck, Rhonda!

Effondrement du Pu’uO’o lors de l’évacuation de la lave au début d l’éruption de 2018 (Crédit photo : USGS / HVO)

L’Observatoire du Mauna Loa, la Courbe de Keeling et les concentrations de CO2 // Mauna Loa Observatory, Keeling Curve and CO2 concentrations

Dans les notes expliquant l’évolution du réchauffement climatique, je fais très souvent référence à la Courbe de Keeling qui fait apparaître les concentrations de CO2 sur le Mauna Loa, un volcan qui culmine à 4169 mètres sur la Grande Ile d’Hawaii

Tout a commencé sur le Mauna Loa en 1956 quand a été construit un nouvel observatoire de haute altitude, le Mauna Loa Observatory (MLO), aujourd’hui géré par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

L’observatoire n’a pas été édifié au sommet de ce volcan actif car les éruptions qui le secouent de temps en temps auraient probablement perturbé les mesures. Il a donc été implanté un peu plu bas, sur le flanc nord, à 3397 mètres d’altitude. Les mesures atmosphériques du CO2 ont permis de voir puis de comprendre le changement climatique en cours.

Dès leur début en 1958, les mesures du CO2 effectuées au MLO par Charles Keeling montrent une très forte teneur (ou concentration) de l’atmosphère en dioxyde de carbone ou gaz carbonique. Elle est exprimée en ppm, ou partie pour million.

La Courbe de Keeling nous montre les concentrations de CO2 bien avant la construction du MLO. Les données ont été tirées des analyses de carottes de glaces anciennes. On remarquera qu’en mai 2019 la  Courbe a dépassé 415 ppm de C02 dans l’atmosphère, ce qui fait remonter au Pliocène, il y a 3 millions d’années. Les températures étaient alors de 3 à 4 °C plus élevées que de nos jours ; les arbres poussaient en Antarctique et le niveau des océans était 15 mètres plus haut qu’aujourd’hui.

Le 29 novembre 2020, la concentration de CO2 dans l’atmosphère, moyennée sur la Terre grâce à un réseau d’observatoires, atteignait 415,50 ppm. Toujours à l’échelle terrestre, l’augmentation du CO2 de cette dernière année, entre les 29 novembre 2019 et 2020, a été de 4,83 ppm (soit 1,18 %). C’est considérable et inquiétant.

En cliquant sur le lien ci-dessous, vous aurez accès à une petite vidéo dans laquelle le fils de Charles Keeling (décédé en 2005), Ralph, montre comment sont effectuées les mesures. La technique est la même que celle mise au point par son père. Quand les premiers prélèvements d’air ont été effectués en 1958, les concentrations de CO2 atteignaient 315 ppm  Elles étaient de 412,78 ppm le 3 décembre 2020 !

La vidéo est en anglais. En voici un résumé en quelques phrases pour les blogonautes qui ne comprennent pas la langue de Shakespeare :

Pour prélever l’air, Ralph utilise un récipient en verre dans lequel on a créé le vide. Quand il ouvre le robinet, l’air et son CO2 s’engouffrent dans le récipient qui est refermé et transporté jusqu’au laboratoire pour y être analysé. Grâce à mon permis de travail dans le Parc des Volcans d’Hawaii, j’ai eu la chance de pouvoir y pénétrer et de voir le « manomètre » utilisé par Charles Keeling dans les années 1960. Après évacuation de l’air et conservation du CO2, des analyses permettent de connaître la composition isotopique du gaz qui a été prélevé. Cela permet de connaître son origine (gaz d’échappement des voitures, usine, océan, etc.)

https://youtu.be/dXBzFNEwoj8

Source : CLIMAT’O : le blog d’Alain GIODA, historien du climat.

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In the posts explaining the evolution of global warming, I very often refer to the Keeling Curve which shows the concentrations of CO2 on Mauna Loa, a volcano which rises to 4,169 metres on Hawaii Big Island

It all started on Mauna Loa in 1956 when a new high altitude observatory was built, the Mauna Loa Observatory (MLO), now managed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

The observatory was not built at the top of this active volcano because the eruptions that shake it from time to time would probably have disrupted the measurements. It was therefore implanted a little lower, on the northern flank, at an altitude of 3,397 metres. Atmospheric CO2 measurements have made it possible to see and then understand the ongoing climate change.

From their start in 1958, CO2 measurements carried out at MLO by Charles Keeling showed a very high content (or concentration) of carbon dioxide or CO2 in the atmosphere. It is expressed in ppm, or parts per million. The Keeling Curve shows us the CO2 concentrations long before the construction of the MLO. The data was obtained from analyzes of old ice cores. Note that in May 2019 the Curve exceeded 415 ppm of CO2 in the atmosphere, which dates back to the Pliocene, 3 million years ago. The temperatures were then 3 to 4 degrees Celsius higher than nowadays; trees were growing in Antarctica and the sea level was 15 metres higher than today.

On November 29th, 2020, the CO2 concentration in the atmosphere, averaged over the Earth by a network of observatories, reached 415.50 ppm. Also on a terrestrial scale, the increase in CO2 over the past year, between November 29th, 2019 and 2020, was 4.83 ppm (or 1.18%). It is huge and disturbing.

By clicking on the link below, you will have access to a small video in which Ralph, the son of Charles Keeling (deceased in 2005), shows how the measurements are made. The technique is the same as that developed by his father. When the first air samples were collected in 1958, CO2 concentrations reached 315 ppm They were 412.78 ppm on December 3, 2020!

The video is in English. Here is a short summary : To take a sample of the the air, Ralph uses a glass container with vacuum in it. When he opens the tap, the air and its CO2 flow into the container, which is closed and transported to the laboratory for analysis. Thanks to my permit to work in the Hawaii Volcanoes Park, I was lucky enough to be able to enter the lab and see the « manometer » used by Charles Keeling in the 1960s. After evacuation of the air and conservation of the CO2, analyzes make it possible to know the isotopic composition of the gas which has been sampled. This allows to know its origin (car exhaust, factory, ocean, etc.) https://youtu.be/dXBzFNEwoj8

Source : CLIMAT’O : le blog d’Alain GIODA, historien du climat.

Mauna Loa Observatory (Photo : C. Grandpey)

La Courbe de Keeling depuis ses origines

(Source : Scripps Institution of Oceanography / NOAA)