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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