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

Les secrets des prismes volcaniques // The secrets of volcanic prisms

Une nouvelle étude réalisée par des scientifiques de l’Université de Liverpool a identifié la température à laquelle le magma en phase de refroidissement se fracture pour former des colonnes géométriques telles que celles, bien connues, de la Chaussée des Géants en Irlande du Nord et de Devils Tower aux États-Unis.
Les colonnes géométriques sont présentes dans de nombreux types de roches volcaniques et se forment au fur et à mesure que la roche se refroidit et se contracte, en donnant naissance à un ensemble régulier de prismes ou de colonnes polygonales. Ces formations géologiques sont particulièrement étonnantes et ont donné naissance à de nombreuses et belles légendes. Celle sur la Chaussée des Géants figure dans le livre Mémoires Volcaniques que j’ai écrit conjointement avec Jacques Drouin (voir la colonne de droite de ce blog).
Les géologues ont longtemps voulu savoir à quelle température le magma en cours de refroidissant façonne ces colonnes aux formes régulières. Dans un article publié dans Nature Communications, des chercheurs de la School of Environmental Sciences de l’Université de Liverpool ont mis sur pied un nouveau type de manipulation visant à montrer comment, à mesure que le magma se refroidit, il se contracte et accumule des contraintes au point de se fracturer. L’étude a été réalisée sur des colonnes basaltiques du volcan Eyjafjallajökull en Islande.
Les scientifiques ont mis au point un nouvel appareil permettant à la lave en cours de refroidissement et maintenue dans une presse, de se contracter et de se fissurer pour former une colonne. Ces expériences ont démontré que la roche se fracture lorsqu’elle refroidit entre 90 et 140°C, en dessous de la température à laquelle le magma se cristallise, ce qui correspond à environ 980°C pour les basaltes. Cela signifie que les joints entre les colonnes basaltiques de la Chaussée des Géants et de Devils Tower, entre autres, se sont formés vers 840-890°C. Autrement dit, l’étude révèle que les prismes se forment lorsque le magma est encore très chaud mais après qu’il se soit solidifié. Les expériences en laboratoire démontrent clairement le rôle joué par la contraction thermique dans l’évolution des roches en phase de refroidissement et la formation des fractures.
Selon un scientifique de l’Université de Liverpool qui a participé à l’étude, il est très important de connaître le moment auquel le magma en cours de refroidissement se fracture, car il déclenche la circulation des fluides dans le réseau de fractures. L’écoulement des fluides contrôle le transfert de chaleur dans les systèmes volcaniques, ce qui peut être exploité pour la production d’énergie géothermique. Les résultats de l’étude ouvrent donc la voie à  d’importantes applications pour la recherche en volcanologie et en géothermie. Qui plus est, il est essentiel de comprendre comment le magma et les roches en cours de refroidissement se contractent et se fracturent afin de comprendre la stabilité des édifices volcaniques ainsi que le transfert de chaleur à l’intérieur de la Terre. Les résultats de l’étude ont mis en lumière les pertes de fluides de refroidissement observées par les ingénieurs islandais lors de forages dans des roches volcaniques à des températures dépassant 800 ° C. Une telle perte de fluides de refroidissement dans cet environnement n’était pas prévue, mais la dernière étude suggère qu’une contraction substantielle des roches chaudes a pu ouvrir des fractures suffisamment importantes pour permettre l’évacuation des boues de refroidissement par le trou de forage en, Islande.
Source: Université de Liverpool.

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A new study by scientists 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. These columnar joints are amongst the most amazing geological features on Earth and in many areas, they have inspired mythologies and legends. The one about the Giant’s Causeway is told in the book Mémoires Volcaniques I wrote together with Jacques Drouin (see right-hand column of this blog).
One of the most enduring and intriguing questions facing geologists has been the temperature at which cooling magma forms these columnar joints. In a paper published in Nature Communications, researchers and students at the University of Liverpool’s School of Environmental Sciences 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 in Iceland.
The scientists 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°C, 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 and Devils Tower, amongst others, were formed around 840-890°C. In a nutshell, the study revealed that the prisms form when the magma was hot, but after it solidified. The laboratory experiments clearly demonstrate the power and significance of thermal contraction on the evolution of cooling rocks and the development of fractures.
According to one scientist in the Liverpool group, 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. What is more, understanding how cooling magma and rocks contract and fracture is central to understand the stability of volcanic constructs as well as how heat is transferred in the Earth. The findings shed light on the enigmatic observations of coolant loss made by Icelandic engineers as they drilled into hot volcanic rocks in excess of 800°C; the loss of coolant in this environment was not anticipated, but the latest study suggests that substantial contraction of such hot rocks would have opened wide fractures that drained away the cooling slurry from the borehole in Iceland.
Source: University of Liverpool.

 

Illustration du processus de fracturation et de formation des colonnes basaltiques(Source: Université de Liverpool)

Chaussée des Géants (Irlande du Nord)

Devils Tower: De la science à la légende…

Photos: C. Grandpey