Étiquette : manteau

Nouvelle étude sur le panache mantellique de Yellowstone // New study on the Yellowstone mantle plume

Au cours des dernières années, plusieurs études ont été réalisées sur le panache mantellique qui alimente le super volcan de Yellowstone. Elles ont révélé que la source du panache est beaucoup plus à l’ouest que prévu. De nouvelles recherches publiées dans la dernière édition de Nature Geoscience révèlent que des scientifiques de l’Université du Texas à Austin ont cartographié la trajectoire précise suivie par ce panache magmatique depuis la surface de la Terre jusqu’à son origine dans le manteau inférieur. L’étude révèle que la source de chaleur qui alimente Yellowstone est un panache de forme cylindrique, de 345 kilomètres de large, qui trouve son origine à 2900 kilomètres de profondeur, à la verticale de la partie nord de la Péninsule de Basse Californie. Cela confirme ce que pensent depuis longtemps les géophysiciens et explique pourquoi le super volcan avec ses geysers, ses sources thermales, ses mares de boue et ses fumerolles est situé dans le nord-ouest du Wyoming.
Jusqu’à présent, les chercheurs avaient réussi à localiser le panache mantellique qui alimente le point chaud de Yellowstone jusqu’à environ 960 kilomètres de profondeur. La dernière étude s’appuie sur les techniques tomographiques existantes qui permettent de cartographier comment les ondes sismiques « S » traversent le manteau terrestre. Par exemple, ces ondes ralentissent lorsque elles rencontrent un point chaud, comme un panache magmatique.
Les chercheurs ont analysé les données de 71 séismes de magnitude 5 ou plus enregistrés dans le monde entier entre 2005 et 2012. Ces séismes font partie d’un ensemble de données fournies par le programme « USAArray » qui regroupe un réseau de 400 sismomètres à travers les États-Unis continentaux. Avant la création de l’USAArray, personne n’avait installé une telle densité de sismomètres sur une zone aussi vaste. Ce réseau a révolutionné notre compréhension de la Terre, du moins sur le continent nord-américain.
L’hypothèse de départ était que le panache mantellique de Yellowstone était probablement une structure plutôt verticale. En fait, les chercheurs ont trouvé que le panache était plus incliné que prévu, jusqu’à la frontière entre le Mexique et la Californie. A son point de départ, à la limite noyau-manteau, on estime que le panache a une température d’environ 590 à 815 degrés Celsius supérieure à celle du manteau environnant. Au fur et à mesure qu’il s’élève vers la surface, sa température s’abaisse et n’est plus que de 400 degrés Celsius supérieure à celle du manteau au moment où il se trouve à 1 000 kilomètres sous la surface de la Terre. Il contient alors de la roche à haute température, mais pas de matière en fusion ou liquide.
Source: Gillette News Record.

—————————————–

In recent years, several studies have been made about the mantle plume that feeds the Yellowstone super volcano. They revealed that the source of the plume was much farther west than expected. In a recent research published in the latest edition of Nature Geoscience, University of Texas at Austin scientists have mapped the precise route of this magma plume from the Earth’s surface all the way to its outer core. It reveals that the source of heat slowly swelling the Yellowstone Plateau is a 345-kilometre-wide cylindrical plume that originates 2,900 kilometres beneath the northern reaches of Baja California. The finding confirms geophysicists’ long time suspicions and explains why the super volcano with its geysers, hot springs, mud pots and fumaroles is located in northwest Wyoming.

Until now, researchers had been able to trace the magma plume feeding the Yellowstone hotspot down to only about 960 kilometres underground. The latest study relied on existing tomography techniques, mapping how seismic “S” waves from earthquakes pass through Earth’s mantle. When the waves reach a hotspot, like a magma plume, they slow down.

The researchers analysed data from 71 M 5 or larger earthquakes that were recorded all around the world between 2005 and 2012. Those quakes were part of the “USAArray” dataset which sweeps a network of 400 seismometers across the continental United States. Before the USAArray was set up, nobody had ever put so many seismometers with such a density over such a large an area. It revolutionized our understanding of the Earth, at least in the North American continent.

The original hypothesis was that the Yellowstone mantle plume would be a rather vertical structure. Actually, the researchers found it was tilted more than they expected, going as far as the Mexico-California border. Where it originates, at the core-mantle boundary, the plume is estimated to be about 590 to 815 degrees Celsius warmer than the surrounding mantle. The structure is pulled to the surface by its buoyancy, and as it rises it loses its temperature, running only 400 degrees warmer than the mantle by the time it’s 1,000 kilometres away from the Earth’s surface. Its content is hot rock, not molten or liquid material.

Source: Gillette News Record.

Imperial Geyser à Yellowstone (Photo: C. Grandpey)

La source magmatique de l’Etna // Mount Etna’s magma source

Il se pourrait que la source d’alimentation magmatique de l’Etna ne se trouve pas à la verticale du volcan sicilien, mais beaucoup plus à l’est, dans une zone baptisée Escarpement de Malte. Par le passé, elle aurait donné naissance aux volcans des Monts Iblei, aujourd’hui éteints. C’est du moins ce que révèle une étude intitulée Etnean and Hyblean volcanism shifted away from the Masta Escarpment by crustal stresses, conduite par une équipe de chercheurs de l’INGV, du Centre allemand de géosciences (GFZ) de Potsdam, l’Université d’Etudes de Roma Tre et de Catane. Les résultats ont été publiés dans la revue Earth & Planetary Science Letters, Elsevier B.V.
Marco Neri, de l’Observatoire Etneo-INGV, rappelle que séismes et éruptions se produisent essentiellement en bordure des plaques tectoniques qui occupent à la surface de la Terre. Cependant, il y a des volcans qui ne suivent pas cette règle, car ils se développent à l’intérieur des plaques tectoniques et non sur les bords. C’est ce qu’on appelle le volcanisme «intraplaque.» C’est le cas des volcans qui entrent en éruption depuis des millions d’années le long de la Sicile orientale.
L’Etna est actif depuis cinq cent mille ans, mais bien avant lui, pendant des millions d’années, les Monts Iblei ont dominé la scène avec de nombreux volcans actifs entre Capo Passero et la Plaine de Catane et entre Syracuse et Grammichele.
Afin de déterminer la source magmatique qui a alimenté les Monts Iblei et donne aujourd’hui vie à l’Etna, les chercheurs ont simulé le parcours emprunté par le magma en dessous des Iblei et de l’Etna jusqu’à la limite entre la croûte et le manteau, à environ 30 km de profondeur. Ils ont intégré dans leurs calculs les différents régimes tectoniques qui se sont succédé dans l’est de la Sicile au cours des dix derniers millions d’années. Dans cette zone, la croûte terrestre a été comprimée ou s’est dilatée en différentes directions, ce qui a favorisé ou entravé l’ascension du magma en provenance du manteau. Le modèle a également mis en lumière l’évolution progressive des failles de l’Escarpement de Malte qui, au fil du temps, se sont approfondies, augmentant la pression lithostatique induite par les masses rocheuses en déformation.

Les scientifiques ont ainsi découvert que les trajectoires empruntées par le magma entre le manteau terrestre et la surface ne sont pas verticales. Elles convergent vers le bas, aussi bien pour l’Etna que pour les volcans des Monts Iblei, dans une même zone, au-dessous de l’Escarpement de Malte. Il s’agit d’une structure tectonique qui ouvre la croûte terrestre en Sicile orientale et permet l’ascension du magma à partir du manteau. L’Escarpement de Malte est aussi un important système de failles situé juste à côté des côtes orientales de la Sicile, sous la mer Ionienne, et capable de générer des séismes. Ces failles s’étendent sur plus de trois cents kilomètres en produisant, au fond de la mer, un escarpement pouvant atteindre trois mille mètres de profondeur.
Il se pourrait bien que ce soit l’Escarpement de Malte qui a généré, le 11 Janvier 1693, dans le Val di Noto, le séisme le plus violent observé au cours des mille dernières années en Italie avec une magnitude de M 7,4, cinquante-quatre mille morts et un tsunami dévastateur.
L’étude montre que, même en Sicile orientale, les volcans et les failles sismogéniques sont l’expression d’un seul contexte volcano-tectonique actif depuis des millions d’années et qui évolue au fil du temps, ce qui explique pourquoi les volcans des Monts Iblei sont éteints aujourd’hui, alors que l’Etna est encore très actif.

Source: Conoscere Geologia.

————————————————

Mount Etna’s magma source might not be located vertically beneath the Sicilian volcano, but much further east, in an area known as the Malta Escarpment. In the past, it probably gave birth to the volcanoes of the now extince Iblei Mountains. This is what is revealed by a study entitled Etnean and Hyblean volcanism shifted away from the Masta escarpment by crustal stresses, conducted by a team of researchers from INGV, the German Geosciences Center (GFZ) in Potsdam, the University Roma Tre and Catania. The results were published in Earth & Planetary Science Letters, Elsevier B.V.
Marco Neri, of the Etneo-INGV Observatory, reminds us that earthquakes and eruptions occur essentially along the edge of the tectonic plates that occupy the surface of the Earth. However, there are volcanoes that do not follow this rule because they grow inside the tectonic plates and not on the edges. This is called « intraplate » volcanism. This is the case of volcanoes that have been erupting for millions of years in eastern Sicily.
Etna has been active for five hundred thousand years, but long before, for millions of years, the Iblei Mountains dominated the scene with many active volcanoes between Capo Passero and the Plain of Catania and between Syracuse and Grammichele.
In order to determine the magmatic source that fed the Iblei Mountains and gives life to Mt Etna today, the researchers simulated the path taken by magma below the Iblei and Etna to the limit between the crust and the mantle, about 30 km deep. They integrated in their calculations the different tectonic regimes in the eastern part of Sicily during the last ten million years. In this zone, the Earth’s crust has been compressed or expanded in different directions, which has favoured or hindered the rise of magma from the mantle. The model also highlighted the gradual evolution of the Malta Escarpment faults which, over time, have deepened, increasing the lithostatic pressure induced by the deformed rock masses.
Scientists have discovered that the routes taken by magma between the Earth’s mantle and the surface are not vertical. They converge downwards, as well for Etna as for the volcanoes of the Iblei Mountains, in the same zone, below the Malta Escarpment. It is a tectonic structure that opens the earth’s crust in eastern Sicily and allows the rise of magma from the mantle. The Malta Escarpment is also an important fault system located just off the eastern coast of Sicily, under the Ionian Sea, and capable of generating earthquakes. These faults extend for more than three hundred kilometres and produce, at the bottom of the sea, an escarpment up to three thousand metres deep.
The Malta Escarpment may have triggered, on January 11th, 1693, in the Val di Noto, the most violent earthquake observed over the last thousand years in Italy, with a magnitude of M 7.4, fifty-four thousand dead and a devastating tsunami.
The study shows that, even in eastern Sicily, volcanoes and seismogenic faults are the expression of a single volcano-tectonic context that has been active for millions of years and has evolved over time, which explains why the volcanoes of the Iblei Mountains are extinct today, while Etna is still very active.
Source: Conoscere Geologia.

Photo: C. Grandpey

Une découverte des chercheurs de Clermont-Ferrand // A discovery by researchers of Clermont Ferrand (France)

Ça ne va pas révolutionner la volcanologie, mais la découverte a le mérite d’exister et, en plus, elle a été faite par 7 chercheurs du laboratoire Magmas et Volcans de Clermont-Ferrand. Ils ont confirmé la présence d’une fine couche de magma sur la quasi-totalité du manteau terrestre, à plus de 350 km de profondeur. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Nature communications.

La théorie en question, vieille d’une quinzaine d’années, n’avait jamais été prouvée expérimentalement. L’idée de départ était de comprendre la source et la formation du magma, notamment pour le volcanisme de « point chaud », comme celui que l’on observe à Yellowstone ou Hawaï. Ces points chauds prennent leur source très profondément, dans le manteau terrestre, à plusieurs centaines de kilomètres.

Le travail des chercheurs s’est appuyé sur l’étude de la roche et des minéraux qui la composent, selon les différentes strates du manteau terrestre. Ils ont pu établir le rôle prédominant de l’eau dans la fusion de la roche. Le manteau supérieur et la croûte terrestre se composent surtout d’olivine qui ne contient pas d’eau. Or, ce n’est pas le cas du minéral qui compose la phase de transition, quelques centaines de kilomètres plus en profondeur.

La question était de savoir ce que devient cette eau lorsque la roche remonte sous l’effet des mouvements du manteau terrestre. Aucun forage n’a pu, jusqu’à aujourd’hui, creuser à plus de 13 kilomètres dans la croûte terrestre, ce qui est très peu à l’échelle de la structure interne de la planète.

Les 7 chercheurs clermontois ont donc décidé de recréer les conditions qui règnent à 400 kilomètres de profondeur dans leur laboratoire, avec un échantillon d’olivine, ce qui ‘avait encore jamais été réalisé. Avec une pression de 12 à 15 Giga Pascal – soit plus de 100.000 fois la pression atmosphérique – et à une température de 1400 °C exercée par une gigantesque presse, les chercheurs ont pu observer en direct la fusion de la roche, grâce à l’eau excédentaire lorsque le minéral change de phase. Un deuxième essai, sans apport d’eau, montre qu’aucune fusion ne se réalise. La présence de magma mélangé à de la roche à cette profondeur n’avait jamais été prouvée. Cela pourrait aider à expliquer le volcanisme de point chaud.

Source : Journal La Montagne.

————————————————

It will not revolutionize volcanology, but the discovery has the merit to exist and, in addition, it was made by 7 researchers from the laboratory Magmas et Volcans of Clermont-Ferrand. They confirmed the presence of a thin layer of magma on almost the entire Earth’s mantle, more than 350 km deep. Their work was published in the journal Nature Communications.
The theory, about fifteen years old, had never been experimentally proved. The initial idea was to understand the source and formation of magma, especially for « hot spot » volcanism, such as that observed in Yellowstone or Hawaii. These hot spots have their source very deep – several hundred kilometres – in the Earth’s mantle.
The researchers’work was based on the study of the rock and the minerals that compose it, according to the different layers of the Earth’s mantle. They were able to establish the predominant role of water in the melting of the rock. The upper mantle and the Earth’s crust are mainly composed of olivine which does not contain water. However, this is not the case of the mineral that makes up the transition phase, a few hundred kilometres deeper.
The question was to know what happens to this water when the rock rises under the effect of the movements of the Earth’s mantle. To date, no drilling has been able to dig more than 13 kilometres into the Earth’s crust, which is very little at the scale of the planet’s internal structure.
The 7 researchers have therefore decided to recreate the conditions that prevail 400 kilometres deep in their laboratory, with an olivine sample, which had never been done before. With a pressure of 12 to 15 Giga Pascal – more than 100,000 times the atmospheric pressure – and at a temperature of 1400°C exerted by a gigantic press, the researchers were able to observe live the melting of the rock, thanks to the excess water when the mineral changes phase. A second test, without any water supply, showed that no fusion happened. The presence of magma mixed with rock at such a depth had never been proven. This could help explain hot spot volcanism.
Source: La Montagne.

Hawaii, un parfait exemple de point chaud (Source: Wikipedia)

Nouvelle théorie sur Yellowstone // New theory about Yellowstone

Les scientifiques se sont toujours posé des questions sur le super volcan de Yellowstone. Ils ont essayé de comprendre son fonctionnement interne et les résultats de leurs études ont souvent été remis en question ou débattus. Un exemple des incertitudes concernant Yellowstone est donné par une étude récente menée par des chercheurs de l’Université de l’Illinois.
Les scientifiques ont utilisé des simulations informatiques pour étudier l’histoire de Yellowstone sur plus de 20 millions d’années, et leurs résultats contredisent la théorie la plus répandue sur l’activité volcanique dans la région. Ils ont constaté que l’activité volcanique à Yellowstone est beaucoup plus complexe et dynamique qu’on ne le pensait auparavant. Ils ont utilisé la tomographie sismique pour scruter les profondeurs du sous-sol de l’ouest des États-Unis et reconstituer l’histoire géologique qui se cache derrière le volcanisme.
À l’aide de puissants ordinateurs, l’équipe scientifique a imaginé différents scénarios tectoniques et leurs résultats ne valident pas l’hypothèse traditionnelle du panache mantellique qui s’élève verticalement vers la surface et provoquerait l’activité volcanique dans la région. Les observations des chercheurs révèlent que c’est plutôt une activité proche de la surface de la planète qui serait responsable du volcanisme, même si la cause exacte reste un mystère.
Selon l’étude, il semble que le panache mantellique sous l’ouest des États-Unis se soit enfoncé de plus en plus profondément dans la Terre au fil du temps. Cela laisse supposer qu’un obstacle proche de la surface – peut-être une plaque océanique en provenance de la limite tectonique occidentale – interfère avec l’ascension du panache. En conséquence, la source de chaleur dont dépend le volcanisme à l’intérieur des terres proviendrait en fait du manteau océanique peu profond à l’ouest de la côte nord-ouest du Pacifique.
La chaleur qui provoque le volcanisme naît habituellement dans les zones où les plaques tectoniques se rencontrent et où l’une d’elles glisse sous une autre dans un processus de subduction. Cependant, Yellowstone et d’autres zones volcaniques de l’ouest des États-Unis sont loin des limites de la zone de subduction le long de la côte ouest. S’agissant du volcanisme à l’intérieur des terres, on pensait qu’une source de chaleur profonde – un panache mantellique – faisait fondre la croûte et générait le volcanisme en surface. L’hypothèse du panache mantellique a été controversée pendant de nombreuses années et la dernière étude vient s’ajouter aux preuves d’un nouveau scénario tectonique.
Dans une étape suivante, l’équipe de chercheurs de l’Université de l’Illinois espère inclure dans les modélisations des données chimiques provenant des roches volcaniques. Cela permettra de mieux localiser la source exacte du magma car les roches des panaches mantelliques profonds et des plaques tectoniques proches de la surface ont des composantes chimiques différentes.
University of Illinois at Urbana-Champaign.

——————————————–

Scientists have always been asking questions about the super volcano of Yellowstone. They have tried to understand the inner workings of the volcano and the results of their studies have often been questioned or debated. An example of the uncertainties about Yellowstone is given by a recent study led by researchers at the University of Illinois.

The scientists used computer simulations to study the history of Yellowstone over 20 million years, with findings contradicting the traditional theory of volcanic activity in the region. They digitally played back a portion of the park’s geologic history, finding that volcanic activity at Yellowstone is far more complex and dynamic than was previously thought. They used seismic tomography to peer deep into the subsurface of the western US and piece together the geologic history behind the volcanism.

Using supercomputers, the team ran different tectonic scenarios to simulate a range of possible geologic histories for the region. The results gave little support for the traditional mantle plume hypothesis, which argues that heat from deep within the Earth rising vertically toward the surface is the cause of volcanic activity in the area. The team’s observations instead suggest activity much closer to the planet’s surface is responsible, although the exact cause remains a mystery.

According to the study, it appears that the mantle plume under the western US is sinking deeper into the Earth through time. This suggests that something closer to the surface – an oceanic slab originating from the western tectonic boundary – is interfering with the rise of the plume. A robust result from these models is that the heat source behind the extensive inland volcanism actually originated from the shallow oceanic mantle to the west of the Pacific Northwest coast.

The heat needed to drive volcanism usually occurs in areas where tectonic plates meet and one slab subducts under another. However, Yellowstone and other volcanic areas of the inland western US are far away from the active plate boundaries along the west coast. In these inland cases, a deep-seated heat source – a mantle plume – was suspected of driving crustal melting and surface volcanism. The mantle plume hypothesis has been controversial for many years and the new findings add to the evidence for a revised tectonic scenario.

Eventually, the team hopes to include chemical data from volcanic rocks in their models.

This should help them to further pinpoint the exact source of the magma, as rocks from deep mantle plumes and near-surface tectonic plates would have different chemical components.

University of Illinois at Urbana-Champaign.

Photo: C. Grandpey