La lune et le Ruapehu (Nouvelle Zélande) // The Moon and Mt Ruapehu (New Zealand)

Des scientifiques américains du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA ont établi un lien entre les cycles des marées et l’éruption soudaine du Ruapehu en 2007. Ils pensent même que cette corrélation apparente pourrait offrir une solution pour prévoir les futures éruptions. Cependant, des scientifiques néo-zélandais ont émis des doutes et critiquent la méthodologie utilisée pour cette étude qui a été publiée dans la revue Scientific Reports.
L’étude a montré comment, juste avant l’éruption soudaine du Ruapehu le 25 septembre 2007, l’activité sismique à proximité du cratère correspondait étroitement aux changements bimensuels de la force de la marée. En examinant les données couvrant une douzaine d’années, les chercheurs ont constaté que cette corrélation entre l’amplitude du signal sismique et les cycles des marées est apparue seulement dans les trois mois précédant l’éruption de 2007.
Les marées terrestres sont gérées quotidiennement par l’attraction lunaire. Au cours des pleines et nouvelles lunes, l’attraction lunaire s’aligne avec celle du soleil, ce qui rend l’amplitude des marées un peu plus importante. Au cours du premier et du dernier quartier, l’amplitude des marées est légèrement plus faible. Alors que les marées sont généralement considérées comme une montée et une baisse des eaux, les contraintes gravitationnelles peuvent également affecter la croûte de notre planète. Beaucoup de recherches ont été effectuées afin de savoir si la force de marée peut déclencher des éruptions volcaniques, mais aucune réponse vraiment fiable n’a été fournie.
Les chercheurs du JPL qui ont travaillé sur le Ruapehu ont adopté un angle d’approche différent et ont recherché s’il existait un signal détectable associé à la force des marées et qui pourrait être une indication de l’approche d’une éruption. Ils ont choisi d’étudier le Ruapehu, d’une part parce que son activité est étroitement surveillée depuis des années par GNS Science, et d’autre part  parce qu’ils étaient particulièrement intéressés par les données provenant des capteurs sismiques situés près du cratère.
L’équipe scientifique s’est penchée sur 12 années de données sismiques et a recherché les périodes où apparaissait une corrélation entre la sismicité et les cycles lunaires. Les chercheurs ont constaté que pendant la majeure partie de cette période de 12 ans, il n’existait pas de corrélation entre l’activité sismique et les cycles lunaires, à l’exception des trois mois qui ont précédé l’éruption phréatique de 2007. Tandis que les fluctuations de l’amplitude sismique étaient subtiles, la force de la corrélation avec le cycle des marées atteignait 5 sigma, ce qui signifie que la probabilité que ce modèle soit dû au hasard était d’environ un sur 3,5 millions. [NDLR : 5 sigma est une mesure de la confiance des scientifiques à l’égard de leurs résultats.]
Pour comprendre comment la force des marées a pu avoir une influence sur le comportement du Ruapehu pendant ces trois mois, les chercheurs ont utilisé un modèle de tremor sismique qu’ils avaient développé précédemment. Il montre que lorsque la pression de la poche de gaz sous le volcan atteint un niveau critique – niveau auquel une éruption phréatique devient possible – les différentes contraintes associées au changement de force des marées étaient suffisantes pour changer l’amplitude du tremor. Ils sont persuadés que ce fut le cas en 2007. Lorsque la pression dans le système est devenue critique, elle est devenue sensible aux marées. Les scientifiques ont pu montrer que le signal était détectable. Ils voudraient maintenant recueillir plus de données concernant d’autres éruptions sur d’autres volcans pour voir si le signal de marée est apparu ailleurs.
Comme je l’ai écrit plus haut, les scientifiques néo-zélandais ont exprimé des doutes sur les résultats de l’étude et ont regretté l’absence de nombreux paramètres sismiques. Un chercheur néo-zélandais a déclaré que « l’étude considère le mécanisme comme un piégeage des gaz provoqué par des changements dans la perméabilité des roches, mais n’aborde pas directement la résistance de ces roches […] Avec seulement deux événements abordés par l’étude – et l’un d’eux pas « prévu » par le modèle – je ne suis pas sûr qu’elle puisse avoir une valeur prédictive. »
Source: New Zealand Herald.

Cette étude m’intéresse car j’ai moi-même fait des observations sur la corrélation possible entre la pression atmosphérique et l’activité éruptive en milieu strombolien. Vous trouverez un résumé de cette étude dans la colonne de gauche de ce blog.

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US scientists at NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL) have linked tidal cycles to Mt Ruapehu’s surprise eruption in 2007, and even suggest the apparent correlation could offer a new way to predict future eruptions. However, New Zealand scientists have cast doubt over that idea and questioned the methodology used for the study which was recently published in the journal Scientific Reports..

The study indicated how, just before Ruapehu’s surprise eruption on September 25th, 2007, seismic tremors near its crater became tightly correlated with twice-monthly changes in the strength of tidal forces. Looking at data for this volcano spanning about 12 years, the researchers found that this correlation between the amplitude of seismic tremor and tidal cycles developed only in the three months before this eruption.

Earth’s tides rise and fall daily due to the gravitational tug of the moon as the Earth rotates.

In full and new moons, the lunar gravitational pull lines up with that of the sun, which makes the daily tidal bulges a little larger during those moon phases. During the first and third-quarter moons, the daily tidal bulge is slightly smaller. While tides are generally thought of as rising and falling waters, gravitational stresses can also affect the planet’s solid crust. A lot of research has been focused on whether or not tidal forces can trigger eruptions, but there is no definitive evidence that they do.

The Mt Ruapehu researchers wanted to take a different angle with their study and look at whether there was some detectable signal associated with tidal forces that could tell us something about a volcano’s criticality. The researchers chose to study Ruapehu partly because its activity has been closely monitored for years by GNS Science, and were particularly interested in data from seismic sensors located near the crater.

The team worked through 12 years of seismic data, looking for any period when the seismicity was correlated with lunar cycles. They found that for most of that period, there was no correlation between tremor and lunar cycles, except the three months before 2007’s phreatic eruption. While the fluctuations in seismic amplitude were subtle, the strength of the correlation to the tidal cycle was as strong as 5 sigma, meaning that the probability that pattern arose by chance was about one in 3.5 million.

To understand how tidal forces may have been affecting Ruapehu during those three months, the researchers used a model of seismic tremor that they had developed previously. It suggested that when the pressure of the gas pocket beneath the volcano reaches a critical level — a level at which a phreatic eruption was possible — the differing stresses associated with changing tidal forces were enough to change the amplitude of tremor. They are persuaded it was what happened in 2007. When the pressure in the system became critical, it became sensitive to the tides. The scientists were able to show that the signal was detectable. They would like to collect more data from other eruptions and other volcanoes to see if the tidal signal showed up elsewhere.

As I put it above, New Zealand scientists expressed doubts about the results of the study and explained that many seismic parameters were missing. One NZ researcher said that « the paper considers the mechanism to be one of gas trapping driven by changes in rock permeability, but doesn’t directly address the strength of this rock […] With only two events addressed by the paper – and one of them not « predicted » by the model – I am not confident that it would have any predictive value. »

Source: New Zealand Herald.

I was interested in this study as I have myself made observations about the possible correlation between atmospheric pressure and Strombolian activity. You will find an abstract of this study in the left-hand column of this blog.

Photos: C. Grandpey

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Des volcans boucliers sur la Lune? // Shield volcanoes on the Moon ?

L’avènement de nouvelles technologies de haute précision, comme la topographie haute résolution, a conduit les scientifiques à réexaminer des domaines et des processus admis jusqu’à présent, et à les interpréter parfois différemment. C’est le cas de la science qui entoure la Lune. La 42ème Conférence sur la Science Lunaire et Planétaire qui s’est tenue en novembre 2017 à Houston (Texas) a mis en lumière de nouvelles approches scientifiques sur l’histoire et les processus lunaires.
Les dernières études portent sur les volcans boucliers. Que ce soit Olympus Mons sur Mars (avec 600 kilomètres de large et 27 km de haut) ou ceux sur Vénus, les volcans boucliers ont toujours été considérés comme une expression du volcanisme sur tous les corps rocheux du système solaire; toutefois, la Lune faisait figure d’exception. Les volcans boucliers que l’on peut observer sur Terre varient de quelques kilomètres à plus de 200 km pour la Grande Ile d’Hawaï, si on considère les édifices hawaiiens jusqu’à leur base sur le fond de l’Océan Pacifique.
Les volcans boucliers présents sur Mars, Vénus et sur Terre semblaient absents sur la Lune. Avant que les astronautes d’Apollo 11 visitent le Mer de  la Tranquillité – Mare Tranquillitatis – en 1969, les scientifiques ont toujours interprétés ces étendues sombres – ou maria – sur la Lune comme des plaines dont la surface était le produit de l’activité volcanique. Beaucoup de ces caractéristiques volcaniques tendent à se regrouper dans les provinces concentrées à l’ouest.
Les roches qui composent les mers lunaires sont des basaltes, le type le plus commun de roches ignées observé dans le système solaire. Sur Terre, le magma qui les génère présente une très faible viscosité. Sur la Lune, les maria ont été formées à partir d’éruptions qui ont émis d’importants volumes de lave fluide qui se sont épanchés sur des centaines de kilomètres. Ici et là à l’intérieur de ces anciennes mers lunaires, on observe de nombreuses petites structures volcaniques qui étaient considérées auparavant comme la seule manifestation volcanique à partir d’une bouche centrale sur la Lune.
Lorsque la topographie de la Lune a été cartographiée pour la première fois grâce à l’altimétrie laser en 1994, on a distingué des ensembles de nombreux petits volcans présents sur des points élevés quasi-circulaires, avec un faible relief, et en forme de bouclier. Les scientifiques ont constaté que ces grandes ondulations topographiques sont constituées de lave basaltique et présentent des concentrations de structures volcaniques. Une telle structure sur Vénus ou Mars est classée comme volcan bouclier; par conséquent, ces structures semblables sur la Lune sont interprétées comme étant, elles aussi, des volcans boucliers. Sept de ces grandes structures ont été découvertes sur la Lune. Elles ont des diamètres de 66 à près de 400 kilomètres et de 600 à plus de 3200 mètres de hauteur. De telles tailles et formes rappellent fortement les grands volcans boucliers sur Terre, Vénus et Mars. Les pentes de ces volcans sont très faibles, généralement de quelques degrés, comme c’est le cas pour des structures façonnées par de la lave très fluide. Ces volcans boucliers lunaires présentent également des dômes et des cônes, ainsi que des caractéristiques d’effondrement que l’on rencontre sur les volcans boucliers terrestres.
Bien que les scientifiques restent persuadés que ces structures lunaires sont des volcans boucliers, cette nouvelle interprétation ne saurait être définitive. En effet, contrairement à la plupart des volcans boucliers sur les autres planètes, aucun des volcans boucliers lunaires n’a de caldeira. Il faut toutefois noter que de nombreux volcans de ce type, en particulier ceux de Vénus, ne montrent pas, eux non plus, de caldeira centrale. De plus, alors que la preuve de la présence de certains volcans boucliers sur la Lune, tels que les Marius Hills, est assez convaincante, la présence des autres n’est pas aussi claire. Le plus grand édifice identifié, le volcan bouclier de Cauchy, possède la forme topographique adéquate et montre de nombreux petits cônes, fractures et bouches éruptives, mais les données de mesure à distance laissent supposer que l’épaisseur de la lave dans la Mare Tranquillitatis est relativement mince, ce qui pourrait signifier le Cauchy n’est pas un amoncellement de lave aussi épais qu’à Marius Hills. Les scientifiques continuent de penser que le Cauchy est un volcan bouclier, mais reconnaissent que cette interprétation est provisoire et ils continueront à étudier ces structures énigmatiques pour mieux comprendre leur histoire.
Source: Air and Space.

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The advent of new, high-precision data (high resolution topography) has led scientists to re-examine areas and processes long thought understood and sometimes come to different interpretations. This is the case with lunar science.  The 42nd Lunar and Planetary Science Conference held in November 2017 in Houston highlighted new scientific findings about the history and processes of the Moon.

The latest studies are about shield volcanoes on the Moon. From the giant Olympus Mons shield on Mars (600 kilometres across and 27 km high) to the large volcanoes of Venus, shield-building was thought to be a common expression of volcanism on all rocky Solar System bodies; the Moon appeared to be a conspicuous exception. Earth’s shield volcanoes range in size from a few to more than 200 km for the Big Island of Hawaii, the extent of its base on the sea floor beneath the surface of the Pacific Ocean.
The large-scale shield volcanoes so prominent on Mars, Venus and Earth were believed to be absent on the Moon.  Before the Apollo 11 astronauts visited Mare Tranquillitatis in 1969, scientists understood that the dark seas – or maria – of the Moon were volcanic lava plains, surface features created by volcanic activity.  Many of these small volcanic features tend to be clustered in provinces concentrated on the western near side.
Rocks from the maria are basalts, the most common type of igneous rock in the Solar System.  On Earth, when such rocks are molten, the resulting magma has a very low viscosity. On the Moon, the maria formed as massive high-volume eruptions built up stacks from the thin, fluid flows which extended for hundreds of kilometres.  Scattered within the ancient maria are numerous small volcanic structures, previously believed to be the only manifestation of central-vent volcanism on the Moon.
When the Moon’s topography was mapped for the first time with laser altimetry in 1994, it showed clusters of many small volcanoes occurring on topographic highs that are quasi-circular, with low relief and shield-shaped. Scientists found that these large shield-shaped topographic swells are made of basaltic lava and display concentrations of volcanic features.  Such a structure found on Venus or Mars would be classified as a shield volcano; therefore, these features on the Moon are interpreted as shield volcanoes.  Seven of these large structures have been discovered on the Moon, ranging in size from 66 to almost 400 kilometres in diameter and from 600 to over 3200 metres in height.  Such sizes and shapes are very similar to large shields on Earth, Venus and Mars.  The average slopes on these volcanoes are very low, typically less than a few degrees, as would be expected for structures made from very fluid lava.  These lunar shields display abundant volcanic features, including domes and cones, and collapse features which are all common morphologies in terrestrial shield volcanoes.
Although scientists believe these features are shield volcanoes, this new interpretation is not without some difficulties.  Unlike most shield volcanoes on the other planets, none of the lunar shields has a caldera. However, many shields, especially those on Venus, likewise do not show central calderas.  Additionally, while evidence for some lunar shields such as the Marius Hills is pretty convincing, the evidence for others is not as clear.  The largest feature that was identified, the Cauchy shield, possesses the correct topographic shape and has numerous small cones, rilles, and vents on it, but remote sensing data suggest that the lava thickness in eastern Mare Tranquillitatis is relatively thin, which might mean that Cauchy is not a thick stack of lava as Marius appears to be.  Scientists still think that Cauchy is a shield volcano, but acknowledge that this interpretation is tentative and they will continue studying these enigmatic features to better understand their history.

Source: Air and Space.

Mauna Loa (Hawaii): un superbe exemple de volcan bouclier (Photo: C. Grandpey)

Vue du sommet du Mauna Loa (Crédit photo: USGS)

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)

Volcanisme lunaire // Lunar volcanism

Alors qu’il était en orbite autour de la Lune en 1971, l’équipage d’Apollo 15 a photographié une étrange structure géologique, une dépression en forme de D d’environ trois kilomètres de long et 1,5 kilomètre de large, qui continue à fasciner les scientifiques. Certains pensent que ladite structure, connue sous le nom de Ina, est la preuve d’une éruption volcanique qui aurait eu lieu au cours des 100 millions d’années écoulées, soit un milliard d’années après la dernière grande activité volcanique sur la Lune.
Toutefois, de nouvelles recherches effectuées par des géologues de l’Université Brown à Providence (Rhode Island) indiquent que Ina n’est pas si jeune. L’étude, publiée dans la revue Geology, conclut que cette structure géologique a été façonnée par une éruption il y a environ 3,5 milliards d’années ; autrement dit, elle aurait le même âge que les dépôts volcaniques sombres que l’on peut voir au premier plan sur la photo ci-dessous. En fait, c’est le type particulier de lave émis par Ina qui donne une idée fausse de son âge.
Ina se trouve près du sommet d’un monticule de roche basaltique, raison pour laquelle de nombreux scientifiques ont conclu qu’il s’agissait probablement de la caldeira d’un ancien volcan lunaire. Alors que les flancs du volcan semblent vieux de plusieurs milliards d’années, la caldeira proprement dite semble beaucoup plus jeune. Un signe de cette possible jeunesse est sa couleur beaucoup plus claire comparée celle  des environs. Cette teinte plus claire révèle que Ina n’a pas eu le temps d’accumuler beaucoup de régolite, la couche de roche friable et de poussière qui s’accumule à la surface au fil du temps.
Une autre caractéristique qui montre que Ina pourrait être jeune réside dans les quelque 80 monticules qui dominent la caldeira. Ces monticules semblent avoir beaucoup moins de cratères d’impact que la zone environnante. Au fil du temps, on s’attend à ce qu’une surface accumule des cratères de différentes tailles à un rythme relativement constant. En 2014, une équipe de chercheurs a comptabilisé les cratères sur les monticules d’Ina et conclu qu’ils avaient très probablement été formés par la lave au cours des derniers 50 à 100 millions d’années.
Les chercheurs ont examiné des volcans sur Terre qui pourraient être semblables à Ina. Ina présente l’aspect d’un pit crater sur un volcan bouclier, comme le Kilauea Iki qui est entré en éruption en 1959 à Hawaii. En se solidifiant, la lave de cette éruption a créé une couche de roche fortement poreuse à l’intérieur du cratère, avec des bulles souterraines pouvant atteindre un mètre de diamètre et un espace vide jusqu’à 60 centimètres de profondeur. Cette surface poreuse a été créée par la nature de la lave émise dans la dernière phase de l’éruption. Au fur et à mesure que l’alimentation magmatique commençait à diminuer, la lave apparaissait sous forme d’écume ou de mousse, un mélange de lave et de gaz. Lorsque cette mousse a refroidi et s’est solidifiée, elle a créé une surface très poreuse. Les chercheurs pensent que, de la même façon, une éruption sur Ina a produit de la lave sous forme de mousse. En raison de la faible gravité et de l’atmosphère quasiment absente sur la Lune, la mousse était probablement encore plus fluide que sur Terre, donnant naissance à la grande porosité observée sur Ina. C’est cette porosité élevée de la surface qui fausse les estimations de date pour Ina. Elle dissimule l’accumulation de régolite et fausse le comptage des cratères. Des expériences en laboratoire utilisant un canon à projectiles à grande vitesse ont montré que les impacts sur des cibles poreuses créent des cratères beaucoup plus petits. La porosité extrême d’Ina explique la petite taille de ses cratères et il se pourrait que beaucoup de cratères ne soient plus visibles du tout. Cette constatation modifie considérablement l’estimation de l’âge de Ina au seul vu du nombre de cratères. Les chercheurs estiment que la surface poreuse réduit d’un facteur trois la taille des cratères sur les monticules de Ina. En tenant compte de cette relation d’échelle, l’équipe de chercheurs a obtenu un âge d’environ 3,5 milliards d’années pour les monticules d’Ina. Cela correspond à l’âge de surface du bouclier volcanique qui entoure Ina et place son activité dans la fourchette de temps du volcanisme généralement observé sur la Lune.
Source: Science Daily.

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While orbiting the Moon in 1971, the crew of Apollo 15 photographed a strange geological feature, a D-shaped depression about three kilometres long and 1.5 kilometres wide, that has fascinated planetary scientists ever since. Some have suggested that the feature, known as Ina, is evidence of a volcanic eruption within the past 100 million years, a billion years or so after most volcanic activity on the Moon is thought to have ceased.

However, new research led by geologists of Brown University in Providence (Rhode Island) suggests that Ina is not so young. The analysis, published in the journal Geology, concludes that the feature was actually formed by an eruption around 3.5 billion years ago, around the same age as the dark volcanic deposits we see on the Moon’s nearside. It is the peculiar type of lava that erupted from Ina that helps hide its age.

Ina sits near the summit of a mound of basaltic rock, leading many scientists to conclude that it was likely the caldera of an ancient lunar volcano. While the flanks of the volcano look billions of years old, the Ina caldera itself looks much younger. One sign of youth is its bright appearance relative to its surroundings. The brightness suggests Ina has not had time to accumulate as much regolith, the layer of loose rock and dust that builds up on the surface over time.

Another feature that shows that Ina might be young is the 80 or so mounds which dominate the landscape within the caldera. The mounds appear to have far fewer impact craters on them compared to the surrounding area, another sign of relative youth. Over time, it is expected that a surface should accumulate craters of various sizes at fairly constant rates. In 2014, a team of researchers did a careful crater-count on Ina’s mounds and concluded that they must have been formed by lava that erupted to the surface within the last 50 to 100 million years.

The researchers looked at well-studied volcanoes on Earth that might be similar to Ina. Ina appears to be a pit crater on a shield volcano similar to Kilauea in Hawaii. Kilauea has a pit crater similar to Ina – Kilauea Iki – which erupted in 1959. As lava from that eruption solidified, it created a highly porous rock layer inside the pit, with underground vesicles as large as one metre in diameter and surface void space as deep as 60 centimetres. That porous surface is created by the nature of the lava erupted in the late stages of events like this one. As the subsurface lava supply starts to diminish, it erupts as « magmatic foam » — a bubbly mixture of lava and gas. When that foam cools and solidifies, it forms the highly porous surface. The researchers suggest that an Ina eruption would have also produced magmatic foam. And because of the Moon’s decreased gravity and nearly absent atmosphere, the lunar foam would have been even fluffier than on Earth, so it is expected that the structures within Ina are even more porous than on Earth. It is the high porosity of those surfaces that throws off date estimates for Ina, both by hiding the buildup of regolith and by throwing off crater counts. Laboratory experiments using a high-speed projectile cannon have shown that impacts into porous targets make much smaller craters. Because of Ina’s extreme porosity, its craters are much smaller than they would normally be, and many craters might not be visible at all. That could drastically alter the age estimate derived from crater counts. The researchers estimate that the porous surface would reduce by a factor of three the size of craters on Ina’s mounds. Taking that scaling relationship into account, the team gets a revised age for the Ina mounds of about 3.5 billion year old. That’s similar to the surface age of the volcanic shield that surrounds Ina, and places the Ina activity within the timeframe of common volcanism on the Moon.

Source: Science Daily.

Vue de Ina, la structure géologique lunaire qui intrigue les géologues

(Crédit photo : NASA)

 

Les cratères cachés de la Lune // The Moon’s hidden craters

Un article récemment publié dans The New Scientist nous apprend que la Lune dissimule des cratères sous sa surface. Les cartes de sa gravité confirment l’existence d’anciens cratères qui, depuis leur naissance, ont été recouverts par des coulées de lave et par le manteau lunaire au cours de son soulèvement.
En combinant les données de cartographie gravimétrique avec leurs propres modèles mathématiques, un chercheur à l’Université Purdue de West Lafayette (Indiana) et ses collègues ont confirmé l’existence de deux cratères sous la surface de la Lune. L’un d’eux  est totalement enfoui sous la Mer de la Tranquillité.
Les astronomes connaissent l’existence de ces cratères enfouis depuis très longtemps, quasiment depuis le début de l’étude de la Lune. En 2016, un chercheur de l’Université de l’Arizona et ses collègues ont utilisé des données fournies par la mission GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) de la NASA pour trouver des preuves de l’existence de plus de 100 cratères enfouis sous des étendues de basalte émises par d’anciennes éruptions volcaniques.
La mission GRAIL se composait de deux satellites, baptisés Ebb et Flow – Le Flux et le Reflux – qui sont restés pendant neuf mois en orbite autour de la Lune en 2012. La mesure de petits changements dans leur accélération a permis aux scientifiques de cartographier la gravité de la Lune. Cela donne un aperçu des variations de la densité de sa surface et de sa partie interne. Les mesures effectuées pendant la mission GRAIL ont également révélé des vallées de rift enterrées, des structures sous les anciens volcans et d’autres formations façonnées par l’activité volcanique.
L’un des cratères, que l’équipe scientifique a baptisé Earhart, présente un diamètre d’environ 200 kilomètres. Situé dans la partie nord-est du côté proche de la lune, il est presque complètement masqué par un impact ultérieur et des coulées de lave émises par la suite. Il a probablement été créé par un impact d’astéroïde il y a environ trois milliards d’années, après qu’une croûte se soit formée à la surface de la Lune, mais avant qu’elle ait refroidi de manière significative. On estime que l’astéroïde a creusé un cratère de 40 ou 50 kilomètres de profondeur, qui a ensuite été rempli à la fois par les coulées de lave des volcans et le manteau de la Lune qui poussait la croûte.
L’équipe de chercheurs a découvert un autre cratère enfoui, légèrement plus petit, de 160 kilomètres de diamètre, qu’ils ont appelé Anomalie d’Ashoka.
Une analyse plus approfondie de ces cratères enfouis donnera probablement davantage d’informations sur la surface lunaire qui se cache sous les vastes plaines de dépôts volcaniques.

Source: The New Scientist.

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An article recently published in The New Scientist infirms us that the Moon conceals craters beneath its surface. Maps of its gravity have confirmed the existence of hidden, ancient craters, long since filled in by lava flows and rising lunar mantle.

By combining gravity-mapping data with their own mathematical models, a researcher at Purdue University in West Lafayette, Indiana, and his colleagues have confirmed the existence of two underground craters, one completely buried beneath the Sea of Tranquility.

Astronomers have known about these buried craters since the early days of lunar science

Last year, a researcher at the University of Arizona and his colleagues used data from NASA’s Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) mission to find evidence of more than 100 craters buried beneath seas of basalt formed by ancient volcanic eruptions.

GRAIL consisted of twin spacecraft, called Ebb and Flow, that orbited the moon for nine months in 2012. Measuring small changes in their acceleration allowed scientists to map the moon’s gravity. That in turn gives insights into variations in the density of the lunar surface and interior. Measurements from GRAIL also revealed buried rift valleys, structures underneath ancient volcanoes and other formations caused by volcanic activity.

One crater, which the team call Earhart, measures around 200 kilometres in diameter. Located in the north-eastern part of the moon’s near side, it is almost completely masked by a later impact and subsequent lava flooding. It was probably created by an asteroid impact around three billion years ago, after the moon formed a crust but before it significantly cooled. It is estimated that the asteroid made a crater 40 or 50 kilometres deep, which was then filled in by a combination of lava flow from volcanoes and the moon’s mantle pushing up the thin crust.

The team also discovered a slightly smaller buried crater, 160 kilometres in diameter, which they called the Ashoka Anomaly.

Further analysis of these buried craters could reveal more about the lunar surface beneath the vast plains of volcanic deposits.

Source: The New Scientist.

Vues de la Mer de la Tranquillité (Source: NASA)

 

Le soleil, la lune et la faille de San Andreas

drapeau-francaisUne nouvelle étude conduite par des scientifiques de l’USGS a révélé que l’attraction gravitationnelle du Soleil et de la Lune, responsable du déclenchement des marées, peut également provoquer des types particuliers de séismes le long de la faille de San Andreas.
Il y a une dizaine d’années, les chercheurs ont découvert des séismes basse fréquence sur la portion de faille « Parkfield » en Californie où se libère de l’énergie tectonique entre la partie nord et la partie sud de ce secteur.
Les scientifiques ont examiné les données relatives à 81000 séismes du même type enregistrés entre 2008 et 2015 le long de la portion Parkfield, puis ils les ont comparées aux données représentant la marée bimensuelle, autrement dit un cycle de marée de deux semaines. La comparaison a révélé que les séismes se produisent le plus souvent pendant les périodes où la marée monte au rythme le plus rapide.
Il peut sembler surprenant de voir que la Lune, quand son attraction s’exerce dans le sens de glissement de la faille, intensifie et accélère ce dernier. Cela montre que la faille est extrêmement sensible, surtout quand on pense qu’il y a 30 kilomètres de roche qui la surmontent.
La force des marées dépend de la position relative du Soleil et la Lune l’un par rapport à l’autre. Les marées terrestres sont à leur maximum quand les deux astres sont alignés, et à leur minimum quand ils sont perpendiculaires. Certaines failles sont plus sensibles aux marées que d’autres, et leur réaction dépend aussi de leurs caractéristiques, telles que leur orientation ou leur proximité par rapport à la croûte de la planète.
La faille de San Andreas n’est pas orientée d’une manière qui la rendrait sensible à la force maximale des marées. Il est donc très étonnant qu’elle produise ce type de séismes basse fréquence. Ces derniers ont des magnitudes inférieures à  M1 et ils se situent entre 15 et 30 kilomètres sous la surface, à proximité du point de transition entre la croûte et le manteau. Ces séismes sont importants car ils sont susceptibles de fournir aux sismologues de précieuses informations sur la région la plus profonde de la faille qui n’est accessible d’aucune autre manière. Ils leur montrent aussi que la faille se poursuit en dessous de la zone où cessent les séismes classiques et typiques de la faille de San Andreas, à environ 10 ou 12 km de profondeur. Les séismes basse fréquence peuvent servir à mesurer l’amplitude du glissement en un point particulier de la partie profonde de la faille. Ils fournissent également aux sismologues un outil pour mesurer le temps de recharge de la faille en certains endroits. Ils représentent un moyen pour estimer directement la vitesse à laquelle les contraintes s’exercent sur la faille.

Source: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2016).

Il convient de noter qu’en 2002, un article publié dans la revue Geology abordait les effets des marées sur les microséismes des fonds marins. Au cours de l’été 1994, un petit réseau de sismographes installé au fond de l’océan a enregistré 402 événements microsismiques sur une période de deux mois, sur la caldeira sommitale du volcan sous-marin Axial, sur la dorsale Juan de Fuca. Le tremor harmonique a également été enregistrée sur tous les instruments, et les marées terrestres et océaniques ont été enregistrées sur des inclinomètres installés avec les sismomètres. Les microséismes ont montré une forte corrélation avec les marées basses, ce qui laisse supposer que les fracturations se produisent de préférence quand la « recharge » de l’océan est au minimum. Le tremor harmonique, qui est censé correspondre au mouvement du fluide à très haute température dans les fractures, a également connu une périodicité correspondant aux marées.

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drapeau-anglaisA new study led by USGS scientists revealed that the gravitational pull of Sun and Moon, responsible for inducing the tides, can also trigger special types of earthquakes on the San Andreas fault.

The researchers discovered the low-frequency earthquakes on the Parkfield section in California, some 10 years ago. The San Andreas fault releases tectonic energy from the northern to the southern portion at that location.

The scientists surveyed data from 81 000 earthquakes of the same type in the period between 2008 and 2015 along the Parkfield section and then compared them to the data representing the fortnightly tide, a two-week tidal cycle. The comparison revealed the tremors will probably occur during the time when the tide rose at the fastest pace, the waxing period.

It may seem very surprising to see that the Moon, when it’s pulling in the same direction that the fault is slipping, causes the fault to slip more and faster. What it shows is that the fault is extremely weak, given that there are 30 kilometres of rock sitting on top of it.

The strength of occurring tides depends on the relative location of the Sun and Moon in respect of each other. Earth tides are at their maximum when they are aligned and weakest when they are perpendicular. Some faults are more sensitive to the tides than others, and the response also depends on the faults’ characteristics, such as their orientation or the proximity to the planet’s crust.

The San Andreas fault is not oriented in a way which would make it susceptible to the full tidal strength, and that means it is quite amazing it produces the response tremors. Low-frequency earthquakes are of magnitudes lower than 1.0, located between 15 and 30 kilometres below the surface, close to where the crust transitions to the mantle. These tremors are important because they are capable of providing the scientists valuable information about the deeper parts of the fault that cannot be accessed in other way. They tell them that the fault continues down below where the regular or typical earthquakes stop on the San Andreas, about 10 or 12 km deep. The low-frequency earthquakes can be used as measurements of how much slip is happening at each little spot on the deep part of the fault. They also provide the seismologists with a tool to measure the recharge time of the fault along some locations. It is a way to directly estimate the rate at which stress is accumulating on the fault.

Source: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2016).

It should be noted that in 2002 an article released in Geology dealt with the tidal effects on seafloor microearthquakes. In the summer of 1994, a small ocean-bottom seismograph array located 402 microseismic events, over a period of two months, on the summit caldera of the Axial seamount on the Juan de Fuca Ridge. Harmonic tremor was also observed on all instruments, and Earth and ocean tides were recorded on tiltmeters installed within the seismometer packages. Microearthquakes showed a strong correlation with tidal lows, suggesting that faulting is occurring preferentially when ocean “loading” is at a minimum. The harmonic tremor, interpreted as the movement of superheated fluid in cracks, also had a tidal periodicity.

Parksfield

Vue (en rouge) de la section « Parkfield » de la faille de San Andreas (Source: USGS)

San Andreas 01

Dragon’s Back Ridge dans la Plaine de Carrizo (Photo: C. Grandpey)

San Andreas 04

Vue de la faille de San Andreas dans la plaine de Carrizo (Photo: C. Grandpey)

L’axe de la Lune a-t-il basculé? // Did the lunar axis shift?

drapeau francaisLe 4 mars dernier, j’ai publié une note intitulée « Un grand basculement a refaçonné la surface de la planète Mars ». Ce n’est pas l’axe de rotation de Mars qui a bougé, mais les parties externes (manteau, croûte) qui ont tourné par rapport au noyau.

Une étude similaire publiée dans la revue Nature pourrait être intitulée « Un grand basculement a refaçonné le surface de la Lune »! Des chercheurs ont mis en évidence des dépôts riches en hydrogène près des pôles de la Lune, ce qui semblerait prouver que l’axe de notre satellite se trouvait autrefois dans une position différente.
Les scientifiques pensent que ces dépôts d’hydrogène sont les restes de la glace qui s’était formée au niveau des pôles de la Lune. Mais en plus de la glace que l’on s’attend à trouver sur les pôles, les scientifiques ont découvert d’autres dépôts dans des endroits différents, situés à l’opposé l’un de l’autre. Il semblerait donc que des plaques de glace recouvraient autrefois d’autres pôles lunaires. Si tel est le cas, le nouvel axe de notre satellite s’est décalé de 5,5 degrés par rapport à l’axe d’origine. C’est comme si l’axe de la Terre était passé de l’Antarctique à l’Australie.
La Terre a connu un tel phénomène à plusieurs reprises, et de légers changements d’axe sont fréquents sur notre planète après les séismes. Ainsi, selon l’INGV, le séisme qui a secoué le Japon en 2011 a déplacé l’axe de la Terre d’une dizaine de centimètres.
Les scientifiques essaient de savoir pourquoi les pôles lunaires se sont déplacés. L’activité volcanique peut en être la raison. L’axe d’un monde est déterminé par sa masse relative, avec les régions les plus légères qui forment les pôles. Pour que l’axe se décale de façon significative, la masse doit se décaler elle aussi. Une hypothèse possible est que l’activité volcanique a fait fondre une partie du manteau de la Lune il y a environ 3,5 milliards d’années, en créant une volumineuse poche de magma plus légère que la roche plus froide qui se trouvait autour et qui a fait se déplacer lentement l’axe d’environ 200 kilomètres. On pense que le processus a eu lieu à une vitesse d’environ 2,5 centimètres par périodes de 126 ans.
Source: The Washington Post: https://www.washingtonpost.com/

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drapeau anglaisOn March 4th 2016, I released a post entitled “Great tilt gave Mars a New face.”  I explaines that the axis of rotation of Mars did not move, but the external parts (mantle, crust) rotated relative to the core.

A similar study published in the journal Nature could be entitled “Great tilt gave the Moon a new face”! Researchers point to hydrogen-filled deposits near the moon’s poles as evidence that the satellite’s axis was once in a different spot.

These hydrogen deposits are thought to be ice that formed at the moon’s poles. But in addition to the ice expected on the moon’s current poles, scientists found other deposits in different spots, located directly across from each other. Thus, it looks as if the ice patches were sitting on areas formerly known as lunar poles. If that’s the case, the new axis is shifted by 5.5 degrees. It would be as if Earth’s axis relocated from Antarctica to Australia.

The Earth has experienced this phenomenon several times, and slight axis shifts are common on our planet after earthquakes. Thus, according to the Italian INGV, the 2011 earthquake in Japan shifted the Earth’s axis by 10 centimetres.

Scientists are trying to know why the lunar poles moved.  Volcanic activity may be to blame. A world’s axis is determined by its relative mass, with its lightest regions forming the poles. For the axis to shift so significantly, the mass would have to shift, too. A possible hypothesis is that volcanic activity melted some of the moon’s mantle about 3.5 billion years ago, creating a giant, hot blob of magma that was lighter than the colder rock around it and that slowly shifted the moon’s axis about 200 kilometres. It is thought that the movement occurred at a rate of about 2.5 centimetres every 126 years.

Source: The Washington Post: https://www.washingtonpost.com/

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Photo: C. Grandpey