Température de prismation des colonnes basaltiques // Prismation temperature of basalt columns

J’ai écrit plusieurs notes – le 24 mars 2015, par exemple – sur Devils Tower qui est un site touristique très populaire dans le Wyoming aux Etats Unis. Un certain nombre d’hypothèses ont été formulées pour expliquer l’apparition de ce monolithe vieux de 49 millions d’années. Les explications les plus fréquemment avancées font état d’une montée de magma qui se serait frayé un chemin dans les couches sédimentaires sous la surface ou à l’intérieur d’une cheminée dans les profondeurs d’un volcan.
Une nouvelle étude réalisée par des géologues de l’Université de Liverpool a identifié la température à laquelle le magma en cours de refroidissement se fissure pour former des colonnes géométriques telles que celles rencontrées à la Chaussée des Géants en Irlande du Nord et à Devils Tower aux États-Unis.


Les colonnes géométriques apparaissent dans de nombreux types de roches volcaniques et se forment au fur et à mesure que la roche se refroidit et se contracte, ce qui donne naissance à un ensemble régulier de prismes et de colonnes polygonaux Les géologues se sont longtemps demandé à quelle température le magma en cours de refroidissement forme ces prismes.
Les scientifiques de Liverpool ont entrepris une étude pour découvrir à quel niveau de température les roches s’ouvrent pour former ces entablements spectaculaires. Dans un article publié dans la revue Nature Communications, ils expliquent avoir mis sur pied un nouveau type d’expérience pour montrer comment, lorsque le magma se refroidit, il se contracte et accumule du stress, jusqu’au moment où il se fissure. L’étude a été réalisée sur des échantillons de colonnes basaltiques issues de l’Eyjafjallajökull, en Islande.
Les chercheurs ont conçu un nouvel appareil permettant à la lave en cours de refroidissement, saisie dans une presse, de se contracter et de se fissurer pour former une colonne. Cette expérience a permis de constater que les roches se fracturent lorsqu’elles refroidissent à environ 90 à 140 degrés Celsius en dessous de la température à laquelle le magma cristallise, soit environ 980 °C pour les basaltes. Cela signifie que les joints que l’on peut observer entre les colonnes basaltiques à la Chaussée des Géants et à Devils Tower, entre autres, se sont formés à une température d’environ 840-890°C.
Les auteurs de l’expérience explique qu’elle a été compliquée d’un point de vue technique, mais elle montre parfaitement le rôle joué par la contraction thermique sur l’évolution des roches en cours de refroidissement et sur le développement des fractures. Connaître le niveau de température auquel le magma en cours de refroidissement se fracture est essentiel, car il amorce la circulation de fluides dans le réseau de fractures. La circulation de fluides contrôle le transfert de chaleur dans les systèmes volcaniques. Ce phénomène peut être exploité pour la production d’énergie géothermique. Cette dernière découverte présente donc d’importantes applications en volcanologie et dans le domaine de la recherche géothermique.
Source : Université de Liverpool.

Loin de cette approche scientifique, une légende raconte qu’un groupe de sept jeunes filles jouaient dans la forêt quand arriva brusquement un ours géant. Elles s’enfuirent mais l’ours les poursuivit. La situation semblait perdue car l’ours gagnait du terrain. Les filles se précipitèrent vers un rocher quelles essayèrent d’escalader en priant le Grand Esprit de leur venir en aide. A ce moment-là, le rocher se mit à grandir, soulevant les enfants dans les airs. L’ours sauta sur le rocher mais ne réussit pas à atteindre les jeunes filles car ses griffes glissaient sur la pierre. On peut voir aujourd’hui la marque de ses griffes sur le rocher qui continua à croître, poussant les filles vers le ciel, où elles devinrent les sept étoiles de la Pléiade.

Photos: C. Grandpey

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I have written several posts – on March 24th, 2015, for instance – about Devils Tower which is a popular tourist spot in Wyoming. A number of hypotheses for the 49-million-year-old monolith have been put forward over the years. The most popular explanations today refer to some magma ascent squeezed in between subsurface layers of sediments, or within a conduit deep inside a volcano.

A new study by geoscientists at the University of Liverpool has identified the temperature at which cooling magma cracks to form geometric columns such as those found at the Giant’s Causeway in Northern Ireland and Devils Tower in the USA.
Geometric columns occur in many types of volcanic rocks and form as the rock cools and contracts, resulting in a regular array of polygonal prisms or columns. One of the most intriguing questions facing geologists is the temperature at which cooling magma forms these columnar joints.

Liverpool geoscientists undertook a research study to find out how hot the rocks were when they cracked open to form these spectacular stepping stones. In a paper published in Nature Communications, they explain that they designed a new type of experiment to show how as magma cools, it contracts and accumulates stress, until it cracks. The study was performed on basaltic columns from Eyjafjallajökull volcano, Iceland.
The researchers designed a novel apparatus to permit cooling lava, gripped in a press, to contract and crack to form a column. These new experiments demonstrated that the rocks fracture when they cool about 90 to 140 degrees Celsius below the temperature at which magma crystallises into a rock, which is about 980°C for basalts.
This means that columnar joints exposed in basaltic rocks, as observed at the Giant’s Causeway (Ireland) and Devils Tower (USA) amongst others, were formed around 840-890°C.
The authors of the experiments say that they were technically very challenging, but they clearly demonstrate the power and significance of thermal contraction on the evolution of cooling rocks and the development of fractures. Knowing the point at which cooling magma fractures is critical, as it initiates fluid circulation in the fracture network. Fluid flow controls heat transfer in volcanic systems, which can be harnessed for geothermal energy production. So the findings have tremendous applications for both volcanology and geothermal research.
Source: The University of Liverpool.

Far from this scientific approach, a legend says that a group of seven girls were playing in the forest when a giant bear abruptly arrived. They fled but the bear chased them. The situation seemed lost because the bear was gaining ground. The girls rushed to a rock that they tried to climb, begging the Great Spirit to help them. At that moment, the rock began to grow, raising the children in the air. The bear jumped on the rock but failed to reach the girls because his claws slipped on the stone. We can see today the mark of his claws on the rock that continued to grow, pushing the girls to the sky, where they became the seven stars of the Pleiades.

Les superbes colonnes de basalte de Reynisfjara (Islande) // The very nice basalt columns of Reynisfjara (Iceland)

Reynisfjara est l’une des plages les plus célèbres, mais aussi les plus dangereuses d’Islande. Elle se trouve à quelques kilomètres de Vik i Myrdal, petite localité du sud du pays. J’ai écrit plusieurs notes à propos de cette plage de sable noir qui est connue pour ses vagues agressives et ses redoutables lames de fond. Chaque année, des touristes se font surprendre et emporter par ces vagues traîtresses, et plusieurs d’entre eux y ont laissé la vie.

Reynisfjara est également célèbre pour les Reynisdrangar, les piliers de roche de Reynir, un ensemble de rochers de basalte dont les plus hauts atteignent 66  mètres. Ces îlots rocheux ne sont pas sortis par hasard de l’océan ; ils faisaient autrefois partie de l’île principale. Avec le temps, l’altération et l’érosion, ils se sont déconnectés et semblent maintenant isolés du reste de l’Islande.

Personnellement, j’ai visité Reynisfjara pour y admirer le superbe entablement de colonnes basaltiques qui domine la plage. D’un point de vue géologique, la formation des colonnes est bien connue. Leur structure hexagonale est due au refroidissement et à la contraction rapide de la lave.

Comme souvent en Islande, il existe des légendes sur la formation des îlots rocheux. L’une d’elles parle de deux trolls et d’un trois mâts qu’ils ont essayé de traîner jusqu’au rivage pendant la nuit. Malheureusement, ils n’ont pas été assez rapides, et quand le soleil s’est levé, ils ont été transformés en pierre.

Une autre histoire raconte que deux trolls ont assassiné une femme et ont été victimes de la vengeance du mari. Il les a attirés dehors pendant la nuit et s’est assuré qu’ils y resteraient assez longtemps pour se transformer en pierre.

Beaucoup de gens viennent visiter Reynisfjara car l’endroit a servi de lieu de tournage à la saison 7 de Game of Thrones. C’est également un site ornithologique.

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Reynisfjara is one of the most dangerous beaches in Iceland. It lies a few kilometres from Vik i Myrdal, a small municipality in the south of the country. I have written several posts about this black sand beach which is famous for its aggressive waves and its rip currents. Every year several tourists get trapped in the waves and there have recently benn fatal accidents.

Reynisfjara is also famous for Reynisdrangar, or ‘Reynir’s Pillars of Rock’, an impressive series of basalt stacks as high as 66 metres. They did not sprout from the ocean independently but were once part of the main island. Through long periods of weathering, they got disconnected and appear to be separate now.

Personally, I visited Reynisfjara to admire the very nice basalt columns that dominate the beach. From a geological point of view, their formation is well known. The cliffs were moulded into hexagonal shapes by basalt cooling and contracting rapidly.

Like often in Iceland, there are mythical stories about how these stacks were formed. One story tells about two trolls and a three-masted ship. The trolls tried to drag the ship to shore at night. They were not quick enough, and when the sun rose at dawn it turned them to stone.

Another story says that two trolls murdered a woman, and her husband took revenge. He tricked them into coming out at night and ensured they remained outside long enough to turn to stone.

Many people come to visit Reynisfjara because it was a filming location for season 7 of Game of Thrones. The site is also a popular bird-watching location.

Photos : C. Grandpey

L’Islande va stocker le CO2 dans le basalte // Iceland is going to store CO2 in basalt

Dans une note rédigée le 17 juin 2016, j’expliquais qu’une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université de Southampton avait participé au projet CarbFix, à côté d’une centrale géothermique dans la périphérie de Reykjavik. Cette centrale exploite une source de vapeur produite par le magma à faible profondeur, en sachant que du CO2 et des gaz soufrés d’origine volcanique sont émis en même temps que la vapeur. Le but est de capter le gaz et de le réinjecter dans le sous-sol. Le processus se fait avec un puits d’injection foré dans le soubassement basaltique. Les chercheurs séparent le dioxyde de carbone de la vapeur produite par la centrale et l’envoient vers un puits d’injection. Le dioxyde de carbone est injecté dans un tuyau qui de trouve lui-même logé à l’intérieur d’un autre tuyau rempli d’eau en provenance d’un lac situé à proximité. A plusieurs dizaines de mètres de profondeur, le dioxyde de carbone est libéré dans l’eau où la pression est si élevée qu’il se dissout rapidement. Ce mélange d’eau et de dioxyde de carbone dissous, qui devient très acide, est envoyé plus profondément dans une couche de roche basaltique où il commence à lessiver des minéraux comme le calcium, le magnésium et le fer. Les composants du mélange finissent par se recomposer et se minéraliser en roches carbonatées.

L’idée d’injecter du CO2 dans le substratum basaltique a fait son chemin depuis 2016 et la construction d’une installation de stockage et d’élimination du dioxyde de carbone – la première du genre au monde – est en passe de démarrer à Straumsvík, sur la Péninsule de Reykjanes. La structure, baptisée Coda Terminal, recevra du CO2 de l’Europe du Nord par bateau. Le projet devrait créer 600 emplois directs et indirects.

Le CO2 proviendra d’émetteurs industriels du nord de l’Europe et sera injecté dans le substrat basaltique où il se transformera rapidement en pierre grâce à la technologie Carbfix. En fonctionnement maximal, Coda Terminal pourra stocker chaque année 3 millions de tonnes de CO2.

En recevant du CO2 des pays voisins pour son stockage permanent dans le substrat basaltique, l’Islande joue un rôle de pionnier en Europe. Le CO2 sera acheminé par des navires spécialement conçus. Le transport du CO2 vers l’Islande est rendu possible par les faibles coûts associés au stockage sur la terre ferme. Coda Terminal sera le premier projet de stockage géologique à grande échelle en Europe à être réalisé sur la terre ferme. Dans une note publiée le 12 novembre 2020, j’avais indiqué que la Norvège avait l’intention de stocker le CO2 dans d’anciens gisements de gaz naturel sous la mer du Nord.

La technologie Carbfix sera par la suite utilisée pour transformer de façon permanente et en toute sécurité le CO2 en pierre, au plus profond du substrat rocheux basaltique. Coda Terminal pourra également stocker le CO2 en provenance des industries locales, ainsi que le CO2 capté directement dans l’air. La construction se fera en trois phases. Le forage des premiers puits est prévu pour 2022, avec pour objectif de démarrer l’exploitation en 2025 et d’atteindre la pleine capacité d’ici 2030.

Source: Iceland Monitor.

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In a post written on June 17th, 2016, I explained that a team led by a University of Southampton researcher was involved in the CarbFix project, located next to a geothermal power plant outside Reykjavik. This plant basically taps a source of steam above Iceland’s shallow magma chambers, but some volcanic CO2 and sulfur gas come along with it. The goal is to capture that gas and stick it back underground. That’s done with an injection well drilled down into basalt bedrock. The researchers separate the carbon dioxide from the steam produced by the plant and send it to an injection well. The carbon dioxide gets pumped down a pipe that’s actually inside another pipe filled with water from a nearby lake. Dozens of metres below the ground, the carbon dioxide is released into the water, where the pressure is so high that it quickly dissolves. That mix of water and dissolved carbon dioxide, which becomes very acidic, gets sent deeper into a layer of basaltic rock, where it starts leaching out minerals like calcium, magnesium and iron. The components in the mixture eventually begin to mineralize into carbonate rocks.

The idea to inject CO2 into the basalt bedrock has worked its way since 2016 and preparations are underway for the construction of a carbon dioxide storage and disposal facility – the first of its kind in the world – in Straumsvík, on the Reykjanes peninsula.

The facility, Coda Terminal, will receive CO2 from Northern Europe by ship. It is expected to create 600 jobs, directly and indirectly.

The CO 2 will be sourced from industrial emitters in Northern Europe and will be injected into the basaltic bedrock where it rapidly turns into stone via the Carbfix technology. At full scale, the Coda Terminal will provide an annual storage amounting to three million tonnes of CO2.

By receiving CO2 from neighbouring countries for permanent mineral storage, Iceland takes a pioneering role within Europe. The Coda Terminal will receive CO2 transported by specifically designed ships. The transport of CO2 to Iceland is enabled by the low costs associated with onshore mineral storage. In fact, the Coda Terminal will be the first large scale geological storage project in Europe that is carried out onshore. In a post published on November 12th, 2020, I indicated that Norway intended to store CO2 in former natural gas fields under the North Sea.

The Carbfix technology will then be used to permanently and safely turn CO 2 into stone, deep in within the basaltic bedrock. The Terminal will also be able to store CO2 from local industries, as well as CO2 captured directly from the air.

Construction will be done in three phases. Drilling of the first wells is planned for 2022, with the aim of beginning operation in 2025 and reaching full capacity by 2030.

Source : Iceland Monitor.

Source : Carbfix

Le mot juste // The right word

Dans un article sur l’utilisation d’une terminologie précise en volcanologie, les scientifiques du HVO se demandent quel mot doit être utilisé pour désigner les masses de matériau basaltique que l’on observe au milieu du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u depuis le début de la dernière éruption du Kilauea.

Au début de l’éruption, ces masses de basalte se déplaçaient lentement dans le lac et s’élevaient à mesure que la lave s’accumulait dans le cratère. Ce  ne sont pas des îles qui sont, par définition, immobiles dans leur environnement. Il y a une centaine d’années, les volcanologues du HVO ont utilisé l’expression «îles flottantes» pour y faire référence, mais l’expression n’est pas vraiment exacte, elle non plus.

Pour plus de facilité, le HVO a utilisé le mot «île» pour décrire ces masses en mouvement dans le lac de lave actuel. Il semblerait toutefois que le mot «radeau» soit mieux adapté au vu de leur mobilité. Un radeau est généralement perçu comme une masse flottante avec un faible tirant d’eau, mais les géologues du HVO pensent (sans en être certains) que la grande île – ou le grand radeau? – que l’on observe actuellement dans le lac a un tirant d’eau relativement important qui expliquerait son lent déplacement.

Des scientifiques ont suggéré d’appeler ces masses flottantes des «bergs de basalte» par analogie avec les icebergs dont la majeure partie de la masse est submergée. Îles flottantes? Radeaux?  Bergs de basalte? Autre appellation? Seul le temps dira quel mot ou expression sera finalement retenu !

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In an article about the use of accurate terminology in volcanology, HVO scientists wonder what word should be used to refer to the masses of solid basalt material seen in the middle of the lava lake within Halema’uma’u Crater since the start of the new Kilauea eruption.

At the start of the eruption, these basalt masses moved slowly around in the lake and rose as the lake deepened. The masses are therefore not islands, which are stationary relative to their surroundings. HVO volcanologists 100 years ago used the phrase ‘floating islands’ for such features, an expressive but inaccurate phrase.

HVO used the word “island” to describe these drifting masses in Halema‘uma‘u’s current lava lake, though “raft” may be a better term to acknowledge their mobility. A raft, however, is usually perceived as a floating mass having a shallow draft, but HVO geologists suspect (admittedly with little confidence) that the largest current island/raft has a relatively deep draft reflecting a sluggish foundation.

It was suggested that the floating masses might be termed ‘basalt bergs’ by analogy with icebergs, which are mostly submerged. Floating islands, rafts, basalt bergs, or something else? Only time will tell what name finally sticks.

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Afin d’illustrer cet article, le HVO a publié deux photos du cratère de l’Halema’uma’u en 1917 et en 2021 avec la présence d’ « îles » à la surface des lacs de lave.

Le cliché panoramique de 1917 a été pris depuis le bord du lac de lave qui se trouvait alors à seulement une trentaine de mètres sous la lèvre de la caldeira de Kilauea.

L’île s’élevait à une vingtaine de mètres au-dessus de la surface et mesurait 100 mètres de large.

En janvier 2021, la plus grande île faisait environ 250 mètres de long, 135 mètres de large et environ 20 mètres de haut. L’île a effectué une rotation et s’est déplacée vers l’est et vers l’ouest depuis son apparition dès le premier jour de l’éruption. (Crédit photo: K. Mulliken)

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In order to illustrate the article, HVO has released two photographs of Halema’uma’u Crater from 1917 and 2021 showing islands floating in lava lakes.

The 1917 photographic panorama was taken from the edge of the lava lake, which was only about 30 metres below Kilauea caldera floor. The island rose about 20 metres from the surface and was 100 metres wide.

In January 2021, the largest island is about 250 metres long, 135 metres wide, and roughly 20 metres tall. The island has rotated and moved both eastward and westward since its formation on the first day of the eruption. (Crédit photo : K. Mulliken)