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Volcans en Ecosse : Mull et Staffa // Volcanoes in Scotland : Mull and Staffa

Lors d’un récent voyage en Écosse, j’ai visité l’île de Mull qui a une longue histoire volcanique. Tous les géologues s’accordent à dire que Mull présente l’aspect d’un gâteau à plusieurs étages. D’épaisses couches de lave basaltique reposent sur un sous-sol complexe composé de roches beaucoup plus anciennes.

Carte géologique simplifiée de l’île de Mull (Source : British Geological Survey)

L’île est un paradis pour les géologues car elle a une histoire longue et intéressante. Par exemple, les roches les plus anciennes sur l’île voisine d’Iona ont environ 2 milliards d’années. De plus, Mull possède des structures et des roches que l’on ne trouve nulle part ailleurs dans le monde.

L’île n’a pas toujours eu sa position et sa forme actuelles. Au cours des temps géologiques, elle a subi d’énormes changements. Ainsi, les roches les plus anciennes de Mull se sont formées dans l’hémisphère sud et l’île, comme les autres îles britanniques, suivant le processus de dérive des continents, a progressivement migré vers le nord jusqu’à sa position actuelle.

La majeure partie de Mull est constituée de lave émise lors d’éruptions fissurales au cours de la formation de l’Atlantique Nord. L’île s’est séparée du Groenland lorsque le vaste supercontinent qui reliait autrefois l’Amérique du Nord et l’Europe s’est divisé.

La lave émise il y a environ 60 à 50 millions d’années forme les plateaux en escalier à l’intérieur de Mull. Dans une phase ultérieure, de nouvelles intrusions magmatiques ont donné naissance aux montagnes qui composent le Central Igneous Complex de Mull. Des éruptions volcaniques de type explosif et de puissants séismes ont secoué Mull à cette époque et l’une des anciennes lignes de faille, la Great Glen Fault, montre encore parfois des signes d’activité, même si elle ne constitue pas une menace.

La morphologie et la géologie actuelles de Mull ont été en grande partie façonnées par d’immenses glaciers qui ont fondu il y a seulement 10 000 ans, laissant de profondes vallées en forme de U, avec de longs lochs entre les montagnes.

Mull est la « Mecque » des géologues qui viennent du monde entier pour y effectuer des travaux sur le terrain. Ils ne manquent jamais de visiter l’île de Staffa, véritable cathédrale de basalte, qui se trouve à quelques dizaines de minutes de l’île de Mull. Après avoir navigué le long de l’île et y avoir posé le pied, j’ai été immédiatement fasciné par les colonnes et coulées de basalte, façonnées et émises il y a plusieurs dizaines de millions d’années par le Centre volcanique paléogène de Mull. Les coulées de lave sur l’île sont apparues au début de l’histoire du Centre qui fait partie de la province ignée paléogène de l’Atlantique Nord.

Les superbes colonnes hexagonales, qui peuvent atteindre 22 mères de hauteur, sont typiques des premières coulées de lave. Elles nous montrent un phénomène naturel qui illustre de manière spectaculaire le concept de jointure colonnaire. Ce processus géologique se produit lorsque de la lave en fusion se refroidit lentement et se contracte. Cela entraîne la formation de structures en colonnes. A Staffa, ces colonnes prennent une forme hexagonale presque parfaite. La présence de couches de cendres indique une activité explosive ponctuée de périodes de calme. La composition de ces coulées de lave diffère des coulées ultérieures car elles sont plus riches en silice. On pense qu’elles se sont formées en raison d’accumulations moins profondes de magma avant l’éruption. Ces coulées font partie du Staffa Magma Type.

 

Source: Scottish Geology.

La Grotte de Fingal est une merveille de la nature. Le National Trust qui la gère aujourd’hui l’a équipée d’une main courante qui permet au visiteur de pénétrer carrément à l’intérieur qui est une véritable cathédrale de basalte.

Photos : C. Grandpey

Elle a inspiré de nombreux artistes, poètes, musiciens et naturalistes romantiques après que Sir Joseph Banks ait découvert le site et publié un compte rendu complet de sa topographie en 1772. Joseph Mallord William Turner a visité la grotte en 1831 et s’en est inspiré pour illustrer Lord of the Isles, un recueil de poèmes de Sir Walter Scott, avec Staffa en toile de fond. Le voyage lui a également inspiré une peinture à l’huile qui propose un contraste entre l’ancienne merveille géologique et un bateau à vapeur moderne. Le tableau est un symbole de l’écoulement du temps depuis les débuts de l’histoire de la Terre jusqu’à l’ère industrielle.

 

Source : Wikipedia

La Grotte de Fingal est aussi immortalisée dans les Poèmes ossianiques de James MacPherson, avec des histoires qui mêlent des éléments de la mythologie écossaise et irlandaise, et ont renforcé le lien mystique entre les cultures des deux pays. Par sa similitude avec la Chaussée des Géants, l’île de Staffa est devenue un symbole de la connexion entre l’Écosse et l’Irlande.

Staffa a également inspiré Les Hébrides ou La Grotte de Fingal, opus 26, initialement intitulée L’Île solitaire de Mendelssohn que vous entendrez en cliquant sur ce lien :

https://www.youtube.com/watch?v=CtJkEWCQEbE

J’apprécie personnellement cette musique qui se marie bien avec l’environnement de Staffa. Par exemple, à 4’20 », on entend les cuivres qui symbolisent la force et la majesté des rochers ; les cordes leurs répondent ensuite ; ils expriment la fluidité et la beauté de l’eau contre et à l’intérieur de la grotte.

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Sur le plan pratique, on peut rejoindre l’île de Mull en ferry depuis Oban (côte ouest de l’Ecosse), après une traversée de 45 minutes. Ensuite, je conseille de passer par des agences locales pour se rendre à Staffa qui demande une cinquantaine de minutes de navigation depuis le sud-ouest de l’île de Mull.

Le séjour sur Staffa est limité à une heure pour la protection de l’environnement. Il est possible d’aller rendre visite aux macareux de l’autre côté de l’île. Toutefois, je conseille une visite sur l’île de Lunga (Treshnish Isles) si vous désirez observer ces ravissnants volatiles.

Photo: C. Grandpey

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During a recent trip to Scotland, I visited the Isle of Mull which has a long volcanic history. All geologists agree to say that Mull is constructed rather like a multi-tiered wedding cake. Thick layers of basalt lava sit on top of a complicated basement of much older rocks.

The island is a paradise for geologists who love Mull because it has such a long and interesting history. For instance, the oldest rocks on Iona are about 2000 million years old. Moreover, it has unique structures and rocks found nowhere else in the world.

Mull has not always been in its present position and form. Over geological time it has undergone enormous changes. Mull’s oldest rocks formed in the southern hemisphere and Mull – in common with the British Isles – has gradually drifted northwards to its present day position, following the process of continental drift.

Most of Mull is made of lava poured out of fissure volcanos when the North Atlantic was forming and Mull was torn apart from neighbouring Greenland when the vast super-continent which once joined North America and Europe divided. The molten lava which erupted from about 60 to 50 million years ago forms Mull’s ‘stepped’ tablelands. Into these, at a later stage, intrusions of other ‘rocks formed by fire’ took place, forming the mountains of Mull’s famous Central Igneous Complex. Volcanic explosions and intense earthquakes shook Mull at that time and one of the old fault lines, the Great Glen Fault is still occasionally active, although not being a threat.

Mull’s final shape and geology has largely been carved by huge glaciers which only melted away from Mull 10,000 years ago leaving deep ‘U’ shaped valleys between the mountains and long glaciated lochs both freshwater and marine.

Mull, with its unique geology and intrusions is a ‘Mecca’ for geologists who travel from all over the world to carry out field work here. They never miss the island of Staffa, a true cathedral of basalt, which lies a few tens of minuttes from the Isle of Mull. When I sailed close to the Isle of Staffa and then landed on it, I was immidiately fascinated with the basalt columns, sometimes as high as 22 meters, and overlying ‘slaggy’ basalt that erupted as lava flows from the Palaeogene Mull volcanic centre.

The lava flows on the island were erupted early in the history of the Mull volcanic centre, which forms part of the North Atlantic Palaeogene Igneous Province. The columnar jointing, commonly found in these flows is typical of the early lava flows. This geological process occurs when molten lava slowly cools and contracts. This results in the formation of columnar structures. In Staffa, these columns take an almost perfect hexagonal shape.

The presence of ash layers indicates explosive activity and intervening quiet periods. The composition of these lava flows also differs from the later flows by being the most silica-rich flows ; they are thought to have formed due to shallower accumulations of the magma before eruption. These flows are known as the Staffa Magma Type member.

‘Fingal’s Cave’, a marvel on the Isle of Staffa, inspired countless Romantic artists, poets, musicians, and naturalists after Sir Joseph Banks discovered the site and published a full account of its topography in 1772. Joseph Mallord William Turner visited the cave in 1831 to record scenery for Lord of the Isles, an illustrated collection of poems by Sir Walter Scott set at Staffa. The voyage also inspired an oil painting, which offsets the ancient geological marvel with a modern steamer, suggesting a passage of time from the earth’s early history to the industrial era.

Fingal’s Cave was also immortalized in James MacPherson’s Ossianic poems, with stories that blend elements of Scottish and Irish mythology, and have strengthened the mystical connection between the cultures of the two countries. Through its similarity to the Giant’s Causeway, the island of Staffa has become a symbol of the connection between Scotland and Ireland.

Staffa has been the inspiration for Mendelssohn’s ‘Hebridean Overture’ that you will hear by clicking on this link :

https://www.youtube.com/watch?v=CtJkEWCQEbE

I personally appreciate this music that goes well with the environment at Staffa. For instance, at 4:20 you can hear the brass which is like the strength and majesty of the rock, answered by the strings which voice the fluidity and beauty of the water washing against and into the cave.

Source: Scottish Geology.

Les volcans sur la Lune

Le Hors Série d’octobre-novembre du National Geographic consacré à la Lune nous apporte des informations intéressantes sur notre voisine. Tous les cratères visibles à la surface de la Lune attestent de son passé volcanique. Les images rapportées par les astronautes et celles fournies par les sondes lunaires nous montrent des coulées lave baptisées « mers », des dômes et des chenaux de lave longs de plusieurs kilomètres.

 

Mers et cratères sur la face visible de la Lune (Source : Peter Freiman / Wikipedia)

Il y a également des IMP – Irregular Mare Patches (Taches irrégulières de mers) – qui font référence à des dépôts de lave. On pense que ces IMP pourraient être la preuve d’un volcanisme plus récent qu’on ne le pensait. Il se pourrait qu’il remonte à une centaine de millions d’années, ce qui est peu à l’échelle astronomique. Si c’était vrai, cela bouleverserait nos connaissances de la Lune que l’on considère comme un astre froid et volcaniquement inactif depuis un milliard d’années.

 

IMP à la surface de la Lune (Source : NASA)

C’est au moment de sa naissance, lorsque notre satellite s’est refroidi, que la lave aurait émergé de fissures à sa surface. La lave aurait ensuite rempli des bassins d’impact formés par des collisions lorsque la surface de la Lune a été bombardée de météorites. La lave s’est ensuite solidifiée, formant les ‘mers’ que nous connaissons aujourd’hui. Ces volcans n’étaient pas gigantesques mais la faible gravité lunaire a permis à la lave de couvrir de longues distances. Les échantillons de basalte rapportés par les astronautes confirment cette période volcanique sur la Lune. Ils montrent des variations dans leur âge ; la plupart datent de 3-3,9 milliards d’années, ce qui laisse supposer que c’est à cette époque que le volcanisme a été le plus actif.

 

Coulée de lave refroidie dans la Mer des Pluies (Mare Imbrium) [Source : NASA]

A la surface de la Lune, les scientifiques ont également découvert des cavités dont la taille varie de 5 mètres à un kilomètre. Elles correspondraient à l’effondrement de la voûte de tunnels de lave, comme on en rencontre sur le Kilauea à Hawaii ou le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion). Ces cavités pourraient servir d’abris à de futures missions lunaires ; elles protégeraient les astronautes des radiations spatiales nocives et des micrométéorites.

Tunnel de lave à la Réunion (Photo: C. Grandpey)

Ces cavités me font inévitablement penser à la visite de la Lune par Tintin, Milou et leurs amis, et à l’épisode où Tintin et son chien pénètrent dans l’une de ces grottes et font une longue chute après avoir glissé sur une étendue de glace. Hergé n’était peut-être pas loin de la vérité….

 

Extrait de l’album « On a marché sur la Lune »

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.

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