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Les mouvements du manteau terrestre // The movements of the Earth’s mantle

drapeau-francaisDes chercheurs de l’Université de Cambridge ont compilé la première série d’observations du mouvement du manteau terrestre à l’échelle de la planète et constaté qu’il se déplace beaucoup plus rapidement que prévu. L’équipe scientifique a pris en compte plus de 2000 mesures effectuées dans les océans du globe ; les chercheurs ont ainsi pu observer le comportement chaotique du manteau qui fait osciller la surface de la Terre vers le haut et vers le bas. Ces mouvements ont eu une énorme influence sur la morphologie de la Terre telle que nous la voyons aujourd’hui. En effet, c’est la circulation au sein du manteau qui donne naissance aux montagnes, au volcanisme et à l’activité sismique dans des endroits qui se trouvent au milieu des plaques tectoniques, comme à Hawaii.
Les chercheurs ont constaté que les mouvements ondulatoires du manteau se produisent à un rythme beaucoup plus rapide qu’on l’avait imaginé auparavant. Les résultats, présentés dans la revue Nature Geoscience, ont des ramifications dans de nombreuses disciplines, y compris l’étude de la circulation océanique et les changements climatiques du passé.
À l’échelle de temps géologique, l’équipe scientifique a remarqué que sur une période de un million d’années, le mouvement du manteau peut faire se déplacer de plusieurs centaines de mètres la surface de la Terre vers le haut et vers le bas. Outre la géologie, le mouvement du manteau terrestre présente un intérêt certain pour les secteurs du pétrole et du gaz, étant donné que ces mouvements affectent également les déplacements des sédiments et donc la production des hydrocarbures.
Les mouvements du manteau agissent également sur le déplacement des plaques tectoniques car les courants de convection poussent la surface vers le haut ou vers le bas. Ainsi, bien que les îles d’Hawaii se trouvent au milieu d’une plaque tectonique, leur activité volcanique est due non pas au mouvement des plaques, mais plutôt au déplacement vers le haut du manteau qui se trouve en dessous.
L’inventaire des 2 000 points d’observations a été déterminé grâce à l’analyse des relevés sismiques effectués dans tous les océans. En examinant les variations de profondeur du plancher océanique, les chercheurs ont été en mesure de construire, à l’échelle mondiale, une base de données des mouvements du manteau. Ils ont constaté que la convection du manteau s’effectue d’une manière chaotique, avec des échelles de longueur de l’ordre de 1000 km, au lieu des 10 000 km initialement prévus.
Les résultats de l’étude auront des applications dans de nombreux secteurs tel que la cartographie de la circulation des océans qui sont affectés par la rapidité avec laquelle le plancher océanique se déplace vers le haut et vers le bas en entravant le passage des courants. Si l’on considère que la surface se déplace beaucoup plus vite que nous le pensions précédemment, cela pourrait également affecter des domaines comme la stabilité des calottes glaciaires et nous aider à mieux comprendre les changements climatiques du passé.
Source: Université de Cambridge

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drapeau-anglaisResearchers from the University of Cambridge have compiled the first global set of observations of the movement of the Earth’s mantle and found that it is moving much faster than has been predicted. The scientific team used more than 2,000 measurements taken from the world’s oceans in order to observe the chaotic nature of mantle flow, which forces the surface above it up and down. These movements have a huge influence on the way that the Earth looks today. Indeed, the circulation within the mantle causes the formation of mountains, volcanism and other seismic activity in locations that lie in the middle of tectonic plates, such as at Hawaii.

The researchers found that the wave-like movements of the mantle are occurring at a rate much faster than had been previously predicted. The results, reported in the journal Nature Geoscience, have ramifications across many disciplines including the study of oceanic circulation and past climate change.

At a geological timescale, the team noticed that over a period of a million years, the movement of the mantle can cause the surface to move up and down by hundreds of metres. Besides geology, the movement of the Earth’s mantle is of interest to the oil and gas sector, since these motions also affect the rate at which sediment is shifted around and hydrocarbons are generated.

The flow of the mantle also acts to the tectonic plate motions, as convection currents inside the mantle push the surface up or down. For example, although the Hawaiian Islands lie in the middle of a tectonic plate, their volcanic activity is due not to the movement of the plates, but instead to the upward flow of the mantle beneath.

The inventory of more than 2 000 spot observations was determined by analyzing seismic surveys of the world’s oceans. By examining variations in the depth of the ocean floor, the researchers were able to construct a global database of the mantle’s movements. They found that the mantle convects in a chaotic fashion, but with length scales on the order of 1 000 km, instead of the 10 000 km that had been predicted.

The results of the study will have wider reaching implications, such as how we map the circulation of the world’s oceans which are affected by how quickly the sea floor is moving up and down and blocking the path of water currents. Considering that the surface is moving much faster than we had previously thought, it could also affect things like the stability of the ice caps and help us to understand past climate change.

Source:  University of Cambridge.

Manteau et convection

Source: Oregon State University.

Séismes et éruptions en Islande (1996 -2011) // Earthquakes and eruptions in Iceland (1996-2011)

drapeau-francaisEn cliquant sur le lien ci-dessous, vous verrez une vidéo de 4 minutes qui montre 15 années de séismes et d’éruptions en Islande entre janvier 1996 et fin mai 2011. Les couleurs sombres indiquent les séismes profonds, tandis que les couleurs vives font référence aux événements superficiels. La taille des cercles montre la magnitude des séismes. Les étoiles indiquent les éruptions.
À raison de 24 images par seconde et un jour par image, chaque seconde de la vidéo montre l’activité sismique pendant presque un mois. Au total, on peut voir 242 724 séismes et 7 éruptions volcaniques.
Dans le même temps temps, on observe toujours une sismicité relativement soutenue sur le Bárðarbunga. Les séismes se produisent à des profondeurs peu importantes (souvent autour d’un kilomètre), ce qui tend à prouver qu’ils ne sont pas causés par une nouvelle ascension du magma. Il s’agit probablement de réajustements au niveau du plancher de la caldeira, sous le glacier.
https://vimeo.com/24442762

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drapeau-anglaisBy clicking on the link below, you will see a 4-minute video that shows 15 years of earthquakes and eruptions in Iceland between January 1996 and the end of May 2011. Dark colours indicate deep quakes, while bright coloured ones are shallow. The size of the circles indicates the quakes’ magnitudes. The stars in the video indicate eruptions.

At 24 frames per second and one day per frame, every second of this video shows the seismic activity for almost a month. All in all, the video shows 242,724 earthquakes and 7 volcanic eruptions.

Meantime, increased seismicity is still recorded at Bardarbunga. The quakes are occurring at very shallow depths (often about 1 km), which tends to prove they are not caused by any new magma ascent. The likely cause has to do with readjustments on the caldeira floor beneath the glacier.

https://vimeo.com/24442762

Iceland 2

Source: Vimeo.com

La sismicité à Hawaii // Seismicity in Hawaii

drapeau-francaisSi vous allez à Hawaii, ne soyez pas surpris de sentir parfois la terre trembler. Chaque année, les habitants de la Grande Ile ressentent des dizaines de petits séismes qui font partie de leur vie quotidienne. Cependant, trois événements plus significatifs ont récemment été enregistrés sur l’archipel hawaiien, rappelant aux habitants des autres îles que, eux aussi, vivent avec le risque sismique.
Ainsi, le 28 mars dernier, un séisme de M 3.6 a secoué l’isthme reliant l’ouest et de l’est de Maui. Quatre jours plus tard, un événement de M 4.2, centré à environ 88 km à l’est de Hana, sur Maui, a été ressenti à travers tout l’État d’Hawaii. Trois jours plus tard, dans la matinée du 5 avril, une secousse de M 2.8, centrée à environ 5 km au large de Diamond Head, a fait vibrer des quartiers de Honolulu. Bien que ces trois événements aient présenté une faible magnitude, ils ont été suffisamment forts pour être ressentis par la population.
En règle générale, la localisation d’un séisme fournit les premiers indices quant à sa source. Les récentes secousses enregistrées à Maui et Oahu étaient toutes situées à des profondeurs comprises entre 18 et 36 km. A de telles profondeurs, et loin des centres d’activité volcanique comme le Kilauea ou le Mauna Loa sur l’île d’Hawaii, ce sont en général les mouvements de la lithosphère sous le poids des îles qui génèrent des forces se traduisant de temps à autre par des tremblements de terre. Les contraintes subies par la lithosphère recouvrent les temps géologiques, avec des séismes qui se produisent beaucoup moins fréquemment que ceux directement liés au volcanisme actif hawaiien. Les processus volcaniques, qui peuvent rapidement modifier les conditions au sein des volcans actifs, génèrent des milliers de séismes enregistrés chaque année par le HVO.
Lorsque des séismes relativement inhabituels se produisent à une semaine d’intervalle, on peut raisonnablement se demander s’il existe un lien entre eux. Cependant, nous manquons d’informations suffisamment détaillées et nous connaissons mal les conditions en profondeur sous l’archipel hawaiien pour savoir si un petit séisme sur une île peut en provoquer un autre sur une autre île.

L’historique sismique de la région et notre expérience des tremblements de terre sont  essentiels, en particulier lorsque des séismes se produisent dans des secteurs relativement inactifs comme Maui et Honolulu. D’une manière générale, les zones où se sont produits de puissants séismes dans le passé sont susceptibles de connaître de semblables événements dans l’avenir. Par exemple, en janvier 1938, un séisme de M 6,9 a eu lieu au NE de Maui. Parmi ses effets les plus significatifs sur l’île, on relève la fissuration d’un château d’eau et la rupture de canalisations. Des bâtiments ont été également endommagés à Maui, ainsi que sur les îles d’Oahu, de Kauai et Hawaii. Il est impossible de dire si le séisme de M 4.2 enregistré le 31 mars 2016, a été causé par la même faille qu’en 1938, mais on sait qu’un séisme de M 6,9 près de Maui entraînerait aujourd’hui beaucoup plus de pertes qu’autrefois.
Prédire avec précision l’emplacement, le jour, et l’amplitude d’un séisme reste impossible. Toutefois, les secousses mineures nous rappellent que des séismes destructeurs font partie de l’histoire d’Hawaii. Les autorités et la population devront donc être prêtes à réagir rapidement et efficacement en tout point de l’État le jour où un puissant séisme se produira.
Source: HVO.

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drapeau-anglaisIf you go and visit Hawaii, don’t be surprised if you feel the earth tremble. Each year, Big Island inhabitants feel dozens of small earthquakes which are part of their way of life. But three small earthquakes recently struck the whole State of Hawaii, reminding the residents that they, too, live with earthquakes.

On March 28th, an M 3.6 quake struck beneath the isthmus connecting West and East Maui. Four days later, an M 4.2 event, centered roughly 88 km east of Hana, Maui, was felt across the State. Three days later, on the morning of April 5th, an M 2.8 earthquake, centered about 5 km off Diamond Head, shook parts of Honolulu. While all three were considered small earthquakes, they were large enough to be felt by people.

Typically, an earthquake’s location provides the first clues as to its cause. The recent Maui and Oahu earthquakes were all located at depths between about 18 and 36 km. At such depths, and away from centers of volcanic activity, such as Kilauea or Mauna Loa on Hawai‘i Island, the flexing, or bending, of the Earth’s lithosphere due to the weight of the islands produces forces that result in occasional earthquakes. Lithospheric flexure occurs over geologic time, with associated earthquakes occurring much less frequently, compared to earthquakes more directly linked to active Hawaiian volcanism. Volcanic processes, which can rapidly change conditions within active volcanoes, generate many thousands of earthquakes recorded by HVO each year.

When relatively infrequent earthquakes occur within a week of one another, it’s reasonable to wonder whether they might be closely linked. However, we lack sufficiently detailed information and understanding of conditions at these depths beneath Hawaii to explain why one small earthquake would lead to another, islands apart.

Awareness of relevant earthquake history and experiences is essential, especially when earthquakes occur and are felt in relatively inactive regions like Maui and Honolulu. In general terms, areas where large earthquakes have occurred in the past are expected to continue to experience large earthquakes in the future. For instance, in January 1938, an M 6.9 earthquake occurred northeast of Maui. Among its extreme effects on Maui, there were cracked water catchment and broken water pipelines. Buildings were also damaged on Maui, as well as on Oahu, Kauai, and Hawaii. It’s not possible to say if the M 4.2 earthquake on March 31st, 2016, ruptured the same fault as in 1938, but an M 6.9 earthquake near Maui today would result in far greater losses now than then.

Predicting the precise location, time, and magnitude of a future earthquake is still not possible. Small earthquakes, however, remind us that damaging earthquakes are part of Hawaii’s history, and we must understand how to prepare and respond effectively across the entire State when a large earthquake strikes.

Source: HVO.

Hawaii earthquakes

Sur cette carte, les points rouges indiquent les 3 séismes enregistrés fin mars-début avril 2016, tandis que les points bleus montrent les séismes mineurs observés sur la Grande Ile entre le 28 mars et le 14 avril 2016 (Source: USGS / HVO)

Séismes et volcans // Earthquakes and volcanoes

drapeau-francaisComme je l’indiquais dans une note précédente, le Mont Aso semble avoir connu une petite éruption avec un panache de vapeur d’une centaine de mètres de hauteur dans le sillage du deuxième séisme qui a secoué l’île de Kyushu. La photo de Franck Gueffier destinée à illustrer mon texte a été prise en 2015, époque où le volcan émettait déjà un panache de vapeur. Il est donc très difficile de dire si le Mont Aso a réagi aux secousses sismiques. Quoi qu’il en soit, comme l’a fait remarquer le correspondant de France Info au Japon, le Mont Aso est réputé pour la dangerosité de ses éruptions et un événement majeur pourrait priver d’électricité la centrale de Sendai, située à une centaine de kilomètres du volcan  et dont les deux réacteurs sont les seuls en activité au Japon depuis l’accident de Fukushima.

Lors de mes interventions en public, on me demande souvent s’il existe un lien entre les séismes et les volcans. Cette question m’a été posée à plusieurs reprises au moment du tremblement de terre (M 9) de Fukushima le 11 mars 2011. S’agissant de ce dernier événement, je n’ai pas relevé de modification dans le comportement des volcans nippons, en particulier du Mont Fuji qui était au centre des préoccupations des volcanologues japonais. Plusieurs volcans sont actifs ou potentiellement actifs au Pays du Soleil Levant, mais aucune éruption majeure n’a eu lieu après le désastre de Fukushima. Le Sakurajima a connu ses explosions habituelles, mais rien de vraiment extraordinaire.

Plusieurs régions du globe où l’on enregistre régulièrement des séismes hébergent des volcans. C’est le cas du Chili, de l’Indonésie ou encore du Vanuatu, liste à laquelle on pourrait ajouter la Sicile.

En 2008 (si ma mémoire est bonne !), des scientifiques britanniques avaient cru déceler un lien entre séismes et éruptions volcaniques au Chili. Pas impossible, mais il faudrait d’autres exemples ailleurs dans le monde pour affirmer une telle relation. Autant que je me souvienne, des éruptions majeures comme celle du Mont St Helens en 1980, du Pinatubo en 1991 ou encore du Merapi en 2010 n’ont pas été précédées de forts séismes d’origine purement tectonique.

Mon ami Claude Blot, directeur de recherches à l’ORSTOM, aujourd’hui disparu, avait réalisé une étude à ce sujet dans le sud-ouest Pacifique où il avait cru déceler une relation entre des séismes profonds et le déclenchement d’éruptions quelques semaines plus tard. Il avait appliqué les résultats de ses recherches au Stromboli, mais ça ne marchait pas toujours ! Vous trouverez un résumé de son travail à cette adresse :

http://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/pleins_textes_5/b_fdi_31-32/32961.pdf

Pour résumer la situation, on peut dire qu’un séisme tectonique se produit très souvent sans effet majeur sur l’activité volcanique. En revanche, quand une éruption volcanique se produit, on enregistre inévitablement à un moment ou un autre une hausse de l’activité sismique. La montée du magma produit des fracturations de roches parfaitement visibles sur les sismogrammes. Cette activité sismique liée à une éruption peut provoquer des dégâts aux localités situées sur les pentes du volcan, comme ce fut le cas, par exemple, en octobre 2002 sur l’Etna où des effondrements d’édifices ont été observés à Santa Venerina. De plus le tremor (vibrations continues au niveau du volcan) s’intensifie lui aussi. Pour vous en rendre compte, je vous invite à vous connecter sur le site de l’INGV au moment d’un paroxysme de l’Etna: http://www.ct.ingv.it/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=202&lang=it

S’agissant du volcan sicilien, il n’a jamais été fait état de lien entre les séismes destructeurs qui ont frappé Messine en décembre 1908 et une activité éruptive du Montgibello. De nouvelles études permettront probablement de mieux cerner ce sujet au cours des années à venir.

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drapeau-anglaisAs I put it in a previous note, it looks as if Mount Aso went through a small eruption with a steam plume about 100 metres high in the wake of the second earthquake on Kyushu Island. Franck Gueffier’s photo to illustrate my text was taken in 2015, when the volcano already emitted a steam plume. So it is very difficult to say whether Mount Aso responded to the earthquakes. Nevertheless, as indicated by the correspondent of France Info in Japan, Mount Aso is known for the dangerousness of its eruptions and a major event could shut down power at the nuclear facility of Sendai, located a hundred kilometers from the volcano. Thetwo reactors are the only ones operating in Japan since the Fukushima accident.
During my public speaking, I am often asked if there is a link between earthquakes and volcanoes. I was asked the question several times after the M 9 earthquake that devastated Fukushima on March 11th, 2011. With regard to this event, I have not observed major changes in the behaviour of Japanese volcanoes, particularly Mount Fuji which was the main concern among Japanese volcanologists. Several volcanoes are active or potentially active in the Land of the Rising Sun, but no major eruption took place after the Fukushima disaster. Sakurajima had its usual explosions, but nothing really exceptional.
Several regions of the world where earthquakes are recorded also host volcanoes: Chile, Indonesia or Vanuatu, a list to which one could add Sicily.
In 2008 (if I remember correctly!), British scientists believed they had detected a link between earthquakes and volcanic eruptions in Chile. Maybe, but we need other examples around the world to affirm such a relationship. As far as I can remember, major eruptions like that of Mount St. Helens in 1980,  Mount Pinatubo in 1991 or Merapi in 2010 were not preceded by strong earthquakes with a purely tectonic origin.
My friend Claude Blot, Director of Research at ORSTOM, who has now left us, conducted a study on this topic in the southwest Pacific where he thought he had detected a relationship between deep earthquakes and eruptions triggered weeks later. He applied the results of his research to Stromboli, but it did not always work! You can find a summary of his work at:
http://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/pleins_textes_5/b_fdi_31-32/32961.pdf

To summarize the situation, we can say that a tectonic earthquake occurs very often without any major effect on volcanic activity. However, when a volcanic eruption occurs, an increase in seismic activity is inevitably recorded at one time or another. The ascent of magma produces rock fracturing that can be clearly seen on the seismograms. This seismic activity related to an eruption can cause damage to the communities located on the slopes of the volcano, as was the case, for example, in October 2002 on Mt Etna where buildings collapsed in Santa Venerina. In addition the tremor (the continuous vibration within the volcano) increases too. To realize this, I invite you to visit the INGV website during a paroxysm of Mount Etna:  http://www.ct.ingv.it/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=202&lang=it

Regarding the Sicilian volcano, there has never been any report of a link between the destructive earthquakes that hit Messina in December 1908 and eruptive activity.
New studies will probably help us better understand this subject over the coming years.

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Dégâts provoqués par un séisme sur l’Etna, dans le secteur de Santa Venerina.

(Photos: C. Grandpey)