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Volcans et atmosphère lunaire // Volcanoes and lunar atmosphere

Une étude récente publiée dans la revue Earth and Planetary Science Letters révèle qu’il y a 3,5 milliards d’années une atmosphère enveloppait la Lune. Aujourd’hui, il ne reste pratiquement plus rien de cette atmosphère ténue, mais de nouveaux calculs montrent que de puissantes éruptions volcaniques ont généré assez de gaz à haute température pour créer cette atmosphère qui a mis 70 millions d’années pour s’évacuer.
Les astronomes ont longtemps pensé que la Lune était totalement dépourvue d’atmosphère, mais les chercheurs ont récemment découvert que l’océan de magma qui recouvrait la Lune à sa naissance il y a 4,5 milliards d’années a produit des vapeurs de sodium et de silice à haute température qui ont formé une atmosphère éphémère. Il semble qu’une deuxième atmosphère lunaire se soit développée il y a 3,5 milliards d’années à la suite d’éruptions pendant lesquelles la lave a envahi un grand cratère pour former Mare Imbrium, une plaine recouverte de lave sur la face de la Lune la plus proche de la Terre.
Depuis près d’une décennie, des études effectuées à l’aide de nouveaux instruments ultra sensibles ont révélé des matériaux volatils contenus dans les échantillons de verre volcanique lunaire recueillis par les astronautes des missions Apollon. Le verre provient de bassins lunaires à la couleur sombre et laisse supposer que les grandes éruptions volcaniques qui les ont formés entre 3,8 et 3,1 milliards d’années ont également émis de grandes quantités de gaz.
Les scientifiques de l’Institut Lunaire et Planétaire de Houston (Texas) ont calculé ces émissions de gaz en fonction des volumes estimés des coulées de lave. La grande coulée de 5,3 millions de kilomètres cubes de lave qui a rempli le bassin d’Imbrium s’est accompagnée de l’émission d’environ 10 milliards de tonnes de gaz. Cela a fait augmenter la pression de l’air lunaire qui a probablement atteint environ 1 pour cent de celle de la Terre, soit 1,5 fois la densité de l’atmosphère martienne.
Un chercheur de la Scripps Institution (Californie) affirme que ce processus de formation de l’atmosphère pourrait expliquer la répartition de l’eau et d’autres substances volatiles à la surface de la Lune. Cela pourrait aussi nous donner des indications sur la formation des atmosphères planétaires.
Source: The New Scientist / Earth and Planetary Science Letters.

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A recent study published in Earth and Planetary Science Letters reveals that 3.5 billion years ago an atmosphere was wrapping the Moon. Though today it retains only a few tenuous wisps of atmosphere, new calculations show that massive volcanic eruptions released enough hot gas to create one that took 70 million years to leak away.

Astronomers had long thought the Moon was perfectly dry, yet researchers recently discovered that the magma ocean covering the newborn moon 4.5 billion years ago released hot vapours of sodium and silica that formed a short-lived atmosphere. Now it seems a second lunar atmosphere developed 3.5 billion years ago as a result of eruptions flooding a large crater to form Mare Imbrium, a lava plain on the near side of the Moon.

Starting nearly a decade ago, studies using sensitive new instruments revealed volatile material embedded in lunar volcanic glass collected by Apollo astronauts. The glass came from the dark lunar basins and hinted that the large volcanic eruptions that formed them between 3.8 and 3.1 billion years ago also emitted vast amounts of gas.

Scientists at the Lunar and Planetary Institute in Houston have calculated these emissions based on the estimated volumes of the lava flows. The largest emission was the roughly 10 trillion tonnes of gas that erupted along with the 5.3 million cubic kilometres of lava that filled the Imbrium basin. That would have raised lunar air pressure to about 1 per cent that of modern Earth, or 1.5 times the density of today’s Martian atmosphere.

A researcher at the Scripps Institution of Oceanography in California says this atmosphere formation process could account for the distribution of water and other volatiles on the surface of the Moon. It could also help us understand how planetary atmospheres form.

Source : The New Scientist /  Earth and Planetary Science Letters.

La Lune pendant l’éclipse du 28 septembre 2015 (Photo: C. Grandpey)

Les feux de forêts au Canada font fondre la banquise // Wildfires in Canada are melting the ice sheet

Les forêts canadiennes sont en feu, avec 9000 km2 ravagés par les flammes depuis le début de l’année 2017 en Colombie-Britannique. Ces incendies, ainsi que d’autres au Yukon et dans les Territoires du Nord-Ouest ont envoyé de la fumée dans l’atmosphère, parfois jusqu’à 13 kilomètres de hauteur.
Une fois dans l’atmosphère, cette fumée forme une couverture si épaisse qu’elle fait disparaître le soleil dans le nord du Canada. Elle se dirige ensuite vers l’Arctique où elle est susceptible d’accélérer la fonte de la glace en mer et sur terre.
Selon la NASA, la fumée a établi un record d’épaisseur cette année et a été particulièrement dense dans les provinces des Territoires du Nord-Ouest, du Yukon et du Nunavut.
Selon l’Observatoire Terrestre de la NASA, il y a en ce moment une énorme quantité d’aérosols dans l’air. Les aérosols sont de petites particules, telles que la suie ou la cendre volcanique, qui renvoient la lumière du soleil. Le 15 août 2017, l’Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS) à bord du satellite Suomi NPP a enregistré des valeurs d’indice aérosol jusqu’à 49,7. C’est plus de 15 points au-dessus du record précédent établi en 2006 par des incendies en Australie. D’autres records d’indice aérosol ont également été enregistrés les 13 et 14 août. Bien que le satellite Suomi NPP soit relativement récent, l’indice aérosol par satellite remonte au satellite Nimbus-7 en 1978, ce qui permet aux scientifiques de comparer les données sur une longue période.
Selon la NASA, le Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), radiomètre infrarouge à bord du satellite Suomi NPP, a détecté une fumée particulièrement dense qui obscurcissait une vaste zone du nord du Canada à partir du 15 août 2017.
Une autre image satellite, en provenance du satellite Aqua, montre un nuage de fumée au nord des zones situées près du lac Athabasca. Les feux de forêts en Colombie-Britannique ont été suffisamment intenses pour produire de nombreux pyrocumulus semblables aux cumulonimbus qui se développent pendant les orages. De tels nuages ​​peuvent propulser la fumée très haut dans l’atmosphère, jusque dans la stratosphère où elle peut rester pendant des jours ou plus.
Les incendies canadiens sont inquiétants pour plusieurs raisons. Tout d’abord, ils signalent la transition vers un avenir où il y aura de plus en plus de feux de forêts dans le Grand Nord, car le changement climatique rend les conditions plus propices à de tels phénomènes. Ensuite, ils sont idéalement situés pour envoyer directement la fumée vers la glace de mer arctique et la calotte glaciaire du Groenland, particulièrement vulnérables en ce moment. En plus de perturber l’équilibre thermique de l’atmosphère, la fumée dépose des particules de suie de couleur sombre sur la glace, ce qui accélère sa fonte en abaissant le pouvoir réfléchissant de la glace et en lui faisant absorber davantage les rayons du soleil.
Des études ont lié le nombre croissant d’incendies de forêts dans certaines régions du Canada et des États-Unis au réchauffement climatique. En fait, selon une étude publiée en 2013, le nombre d’incendies dans les forêts boréales, entre l’Alaska et le Canada d’une part, et entre la Scandinavie et la Russie d’autre part, est le plus important jamais enregistré au cours des 10 derniers millénaires.
Source: Mashable.com.

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Forests in Canada are ablaze, with 2.2 million acres going up in flames so far this year in British Columbia alone. These fires, and others in the Yukon and Northwest Territories, have been belching smoke into the air, in some cases up to 13 kilometres high.

Once in the atmosphere, weather patterns are causing the wildfire smoke to converge into a blanket so thick it’s blotting out the sun across northern Canada. This smoke is working its way to the high Arctic, where it could speed up the melting of sea and land ice.

According to NASA, the smoke has set a record for its thickness, and has been especially dense across the Northwest Territories, Yukon, and Nunavut provinces.

According to NASA’s Earth Observatory, there is a huge quantity of aerosols in the air. Aerosols are small particles, such as soot or volcanic ash,  that reflect incoming sunlight. On August 15th 2017, the Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS) on the Suomi NPP satellite recorded aerosol index values as high as 49.7. This was more than 15 points higher than the previous record, which was set in 2006 by fires in Australia. Aerosol index records were also set on August 13th and 14th. Although the Suomi NPP satellite is quite new, the satellite aerosol index dates back to the Nimbus-7 satellite in 1978, giving scientists a longer data set.

According to NASA, the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) on the Suomi NPP satellite captured particularly heavy smoke obscuring a wide swath of northern Canada as of August 15th, 2017.

Another satellite image, from the Aqua satellite, shows smoke billowing north from areas near Lake Athabasca. The fires in British Columbia were intense enough to produce numerous pyrocumulus clouds that tower into the sky, resembling thunderstorms. Such clouds can vault smoke high into the atmosphere, all the way to the stratosphere, where it can linger for days or longer.

The Canadian fires are important for several reasons. First, they signal the transition to a more combustible future in the Far North, as climate change makes conditions more conducive to large wildfires. Second, they are ideally located to directly feed smoke toward vulnerable Arctic sea ice and the Greenland Ice Sheet. In addition to altering the heat balance of the atmosphere, the smoke can deposit dark soot particles on the ice, which hastens melting by lowering the reflectivity of the ice and causing it to absorb more incoming sunlight.

Studies have tied the increasing number of large fires in parts of Canada and the U.S. to global warming. In fact, the level of fire activity across the boreal forests, which stretch from Alaska to Canada and around the top of the world to Scandinavia and Russia, is unprecedented in the past 10,000 years, according to a study published in 2013.

Source: Mashable.com.

Concentrations d’aérosols au Canada entre le 10 et le 15 août 2017

(Source : NASA)

 

Une histoire de CO2 // A story of carbon dioxide

Chaque année, des dizaines de volcans entrent en éruption à la surface de la Terre. D’autres volcans actifs envoient des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Les volcans en sommeil et les fractures à la surface de la Terre contribuent à enrichir notre atmosphère en dioxyde de carbone. Si nous voulons comprendre l’impact de l’Homme sur l’atmosphère, nous devons d’abord comprendre les causes naturelles.
De formidables progrès ont été accomplis dans la mesure de ces causes naturelles depuis les années 1990 et les scientifiques sont capables aujourd’hui de quantifier avec beaucoup plus de précision les effets de ces composants naturels.
Le carbone est un élément essentiel de notre planète; c’est le quatrième élément le plus abondant dans l’Univers ; il est essentiel pour la matière organique et, outre le Soleil, c’est le facteur le plus important dans la détermination de la température sur Terre. C’est aussi un élément essentiel dans deux des trois principaux gaz à effet de serre qui influent sur la température globale. Peu de gens réalisent que ce carbone est stocké non pas dans la croûte terrestre, mais beaucoup plus profondément, dans le manteau.
Pendant des milliards d’années, les processus géologiques comme les éruptions volcaniques ont déterminé la concentration de carbone dans l’atmosphère; en effet, les volcans constituent le principal moyen permettant au carbone de passer du manteau dans l’atmosphère. La majeure partie du carbone stocké dans le manteau se présente sous la forme de carbonate, mais il existe également d’énormes quantités de CO2 stockées profondément dans le manteau sous forme gaz dissous dans la roche liquide. Des recherches récentes sur les réserves de carbone découvertes sous les États-Unis ont conduit à une nouvelle estimation de la quantité de carbone dans le manteau supérieur de la Terre. Cette quantité s’élèverait à environ 100 mille milliards de tonnes. En revanche, il n’y a que 3 mille milliards de tonnes de CO2 (contenant environ 870 milliards de tonnes de carbone réel) dans l’atmosphère actuelle.
Les scientifiques ont mesuré avec précision et estimé la quantité de CO2 que les humains ont ajouté à l’atmosphère avec la combustion de combustibles fossiles, mais il est nécessaire de connaître le taux naturel d’émissions de CO2 pour comprendre l’impact humain. L’Homme émet environ 29 milliards de tonnes de CO2 chaque année, soit un peu moins de 1% du CO2 atmosphérique actuel.
Une impressionnante synthèse de données a été effectuée en 2013. Elle a révélé la quantité totale de CO2 émis de manière naturelle sur Terre. Voici les résultats:
– 33 volcans dont le dégazage a été mesuré émettent un total de 60 millions de tonnes de CO2 par an. On estime à environ 150 les volcans qui dégazent, ce qui représente un total de 271 millions de tonnes de CO2 émis annuellement.
– 30 volcans historiquement actifs émettent un total de 6,4 millions de tonnes de CO2 par an. Avec un total d’environ 550 volcans historiquement actifs, on estime qu’ils contribuent à hauteur de 117 millions de tonnes par an.
– Le total des émissions de CO2 par les lacs de cratères représente 94 millions de tonnes par an.
– Les autres émissions provenant des zones volcaniques, tectoniques ou hydrothermales, contribuent à environ 66 millions de tonnes de CO2 par an.
– Les émissions des dorsales océaniques sont estimées à 97 millions de tonnes de CO2 par an.
Si l’on fait la somme de tous ces éléments, on obtient une estimation d’environ 645 millions de tonnes de CO2 par an. Il y a, bien sûr, une marge d’erreur, mais cela donne une idée assez bonne de la situation à l’échelle de la planète.

Lorsque l’on réalise que les volcans émettent 645 millions de tonnes de CO2 par an contre 29 milliards de tonnes par an par les activités humaines, la cause de l’augmentation du dioxyde de carbone dans l’atmosphère terrestre depuis 1750 ne fait aucun doute.
Sans l’impact de l’Homme, le climat et les concentrations de dioxyde de carbone seraient stables.

La hausse du CO2 est un problème dont nous sommes responsables, et c’est à nous de le résoudre.
Source: Forbes.

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Every year, dozens of volcanoes erupt across the Earth’s surface. In addition, other active volcanoes continue to release greenhouse gases into the atmosphere, and even dormant volcanoes and other fissures in the Earth contribute to our overall carbon dioxide content. If we want to understand the effects that humanity is having on our atmosphere, we need to understand the natural contribution first.

Tremendous advances in measuring these natural contributions have occurred since the 1990s and scientists have now quantified to a much-improved precision the effects of these natural components.

Carbon is a tremendous part of our planet; it is the fourth most abundant element in the Universe, the essential element for organic matter and, other than the Sun, the most important factor in determining Earth’s temperature. It is also the essential element in two of the three major greenhouse gases playing a role in our global temperature. But most of that carbon is sequestered not in the Earth’s crust, but deep within the mantle.

For billions of years, geological processes like volcanic eruptions controlled the carbon concentration in the atmosphere; indeed, volcanism is the major way that carbon rises from the mantle into the atmosphere. Most of the carbon stored in the mantle is in the form of carbonate, but there are also huge stores of actual CO2 sequestered deep within the mantle as a dissolved gas within the liquid rock. Recent research about carbon reserves discovered underneath the United States has led to a new estimate of the amount of carbon in the Earth’s upper mantle: approximately 100 trillion tons. By contrast, there are only about 3.2 trillion tons of CO2 (containing about 870 billion tons of actual carbon) in the atmosphere today.

Scientists have accurately measured and estimated the amount of CO2 that humans have been adding to the atmosphere through our burning of fossil fuels, but it is vital to know what the natural rate of CO2 emission is to understand the impact humans are having. Humans emit around 29 billion tons of CO2 each year, a little less than 1% of present atmospheric CO2.

A tremendous synthesis of information took place in 2013, revealing the total amount of CO2 emitted from natural release events within Earth. Here are the results:

– 33 measured degassing volcanoes emit a total of 60 million tons of CO2 per year. There are a total of about 150 known degassing volcanoes, implying that a total of 271 million tons of CO2 are released annually.

– 30 historically active volcanoes are measured to emit a total of 6.4 million tons of CO2 per year. With about 550 historically active volcanoes total, they extrapolate this class of object contributes 117 million tons per year.

– The global total from volcanic lakes is 94 million tons of CO2 per year.

– Additional emissions from tectonic, hydrothermal and inactive volcanic areas contribute an estimated 66 million tons of CO2 per year.

– Emissions from mid-ocean ridges are estimated to be 97 million tons of CO2 annually.

Add all of these up, and you get an estimate of around 645 million tons of CO2 per year. Sure, there are uncertainties, but it gives a fairly good view of the global situation.

When you realize that volcanism contributes 645 million tons of CO2 per year compared to humanity’s 29 billion tons per year, it is extremely clear what has caused the carbon dioxide increase in Earth’s atmosphere since 1750.

 If not for the influence of humans, the climate and carbon dioxide concentrations would be stable. Rising CO2 is a problem that we are actively causing, and it’s up to us to fix it.

Source: Forbes.

La courbe de Keeling début juin 2017. Son évolution se passe de commentaires (Source: NOAA)

Les effondrements de l’atmosphère de Io // Io’s atmospheric collapses

drapeau-francaisLes scientifiques viennent d’avoir la confirmation d’un phénomène qu’ils imaginaient depuis longtemps: Io, la lune active de Jupiter, a une atmosphère sujette à des effondrements. Les nouvelles images montrent que l’enveloppe de dioxyde de soufre (SO2) qui entoure Io se transforme en glace lorsque la lune pénètre quotidiennement dans l’ombre de sa planète et redevient gazeuse quand la lune émerge de cette zone d’ombre.
Io, cinquième lune de Jupiter, est le corps le plus volcanique du système solaire. Des panaches de SO2 sont émis par plusieurs volcans actifs ; ils montent jusqu’à 480 kilomètres au-dessus de la surface de la lune, avec une température atteignant 1650°C. En revanche, la surface de Io est particulièrement froide, surtout lorsque Jupiter bloque la lumière du soleil, ce qui provoque un effondrement atmosphérique.
Selon un chercheur, « si les volcans hyperactifs de Io sont la source du dioxyde de soufre, c’est la lumière du soleil qui contrôle la pression atmosphérique sur une base quotidienne en contrôlant la température de la glace à la surface. »
Les chercheurs ont utilisé le télescope Gemini Nord sur le Mauna Kea à Hawaii, avec son spectrographe Texas Echelon Cross Echelle (TEXES), pour observer Io lors de son passage dans et hors de l’ombre de Jupiter pendant deux nuits différentes. A l’époque, Io se trouvait à plus de 675 millions de kilomètres de la Terre.
Avec la lumière du soleil, la température moyenne de la surface de Io avoisine moins 150°C, mais une fois que la lune passe dans l’ombre de Jupiter, la température tombe à moins 168°C. N’étant plus chauffée par le soleil, l’atmosphère de SO2 gèle et se transforme en glace à la surface de la lune.
Io quitte l’ombre de Jupiter après 1,7 jours terrestres, ce qui équivaut à 2 heures de la journée de Io. La glace du SO2 se sublime alors et absorbe l’atmosphère à nouveau quand la lune pénètre dans la lumière du soleil.
Selon les chercheurs, la compréhension de Io est essentielle à la compréhension de l’environnement de Jupiter où la sonde Juno, envoyée par la NASA, est arrivée le 4 juillet dernier. Io émet des gaz qui finissent par se répandre dans le système de Jupiter, ce qui contribue à la formation des aurores observées sur les pôles de la planète (voir ma note du 9 mai 2015). Comprendre comment les émissions de Io sont contrôlées permettra d’obtenir une meilleure image du système de Jupiter.
Source: Scientific American.

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drapeau-anglaisScientists have just had the confirmation of a phenomenon they had imagined for a long time : Jupiter’s active moon Io has a collapsible atmosphere. New views show the satellite’s shroud of sulphur dioxide (SO2) freezing when Io enters its planet’s shadow each day and converting back to gas when the moon emerges.

Io, Jupiter’s fifth moon, is the solar system’s most volcanically active body. Plumes of SO2 are emitted by multiple active volcanoes, reaching up to 480 kilometres above the moon’s surface with a temperature reaching 1,650°C. Io’s surface, on the other hand, is frigidly cold, and gets even colder when Jupiter blocks out the sun, which prompts an atmospheric collapse.

According to one researcher, « though Io’s hyperactive volcanoes are the ultimate source of the sulphur dioxide, sunlight controls the atmospheric pressure on a daily basis by controlling the temperature of the ice on the surface. »  .

The researchers used the Gemini North telescope in Hawaii and the Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph (TEXES) to watch Io cross into and out of Jupiter’s shadow on two different nights. At the time, Io was more than 675 million kilometres from Earth.

In sunlight, Io’s surface averages out to minus 150°C, but once the moon passes into Jupiter’s shadow, that temperature drops to minus 168°C. No longer warmed by the sun, the SO2 atmosphere freezes and turns to frost on the moon’s surface.

Io leaves Jupiter’s shadow after 1.7 Earth days, which is 2 hours of Io’s day, and the SO2 sublimates and pumps up the atmosphere once again when the moon re-enters sunlight.

According to researchers, understanding Io is key to understanding the environment around Jupiter, where NASA’s Juno spacecraft arrived July 4th. Io spews out gases that eventually fill the Jupiter system, ultimately seeding some of the auroral features seen at Jupiter’s poles (see my note of May 9th 2015). Understanding how these emissions from Io are controlled will help paint a better picture of the Jupiter system.

Source: Scientific American.

IO 2

Source: NASA.