La zone de subduction de Cascadia (Etats-Unis) // The Cascadia subduction zone (United States)

Le volcanisme et la sismicité le long de la Chaîne des Cascades dans l’ouest des États-Unis sont largement déterminés par la tectonique des plaques dans la région. La zone de subduction de Cascadia, de 1 000 kilomètres de long, qui n’a pas connu de puissant séisme depuis 1700, est l’endroit où la plaque océanique Juan de Fuca plonge sous la plaque continentale nord-américaine. Cette zone de faille s’étend depuis le nord de l’île de Vancouver jusqu’au Cap Mendocino dans le nord de la Californie.
La carte ci-dessous montre la zone de subduction de Cascadia avec une zone grisée englobant les zones sur terre et en mer où les sismomètres ont été installés par des chercheurs de l’Université de l’Oregon. Les données sismiques leur ont permis d’identifier des anomalies aux deux extrémités de la zone de faille où ils pensent que certaines parties du manteau supérieur se soulèvent et modulent l’activité sismique.
Grâce à quatre années de données provenant de 268 sismomètres au fond de l’océan et de plusieurs centaines d’autres sur terre, les chercheurs ont détecté des anomalies dans le manteau supérieur en dessous des deux extrémités de la zone de subduction de Cascadia. Ces anomalies peuvent jouer un rôle dans l’emplacement, la fréquence et la force des séismes le long de la côte nord-ouest des États-Unis. L’étude a été publiée dans la revue Geophysical Research Letters.
Les anomalies, qui correspondent aux zones ayant des vitesses d’ondes sismiques plus faibles qu’ailleurs sous la ligne de faille, indiquent des parties du manteau supérieur de la Terre qui se soulèvent en raison de la fonte des roches et éventuellement sous l’effet des hautes températures. Le manteau se soulève sous la partie méridionale de la zone de déformation de Gorda , à la limite septentrionale de la faille de San Andreas, ainsi que sous la Péninsule Olympique (ou Olympic) et le sud de l’île de Vancouver. Ces régions n’ont pas le même comportement que l’ensemble de la faille. On observe trois segments qui ont des caractéristiques géologiques distinctes. Ainsi, les segments nord et sud ont un niveau de verrouillage de plaque plus élevé et une densité de tremor plus accentuée.
Le verrouillage fait référence à la force de contact entre deux plaques. Cela signifie que les plaques accumulent des contraintes qui, en se libérant, peuvent provoquer de puissants séismes. Ce verrouillage est beaucoup plus faible dans la partie centrale de la zone de Cascadia qui comprend la majeure partie de l’Oregon où de plus petits séismes peu fréquents ont tendance à se produire.
Le tremor, quant à lui, fait référence aux signaux sismiques de longue durée souvent observés dans les zones de subduction.
L’étude ne permettra probablement pas de mieux prévoir les séismes mais elle souligne la nécessité d’une surveillance sismique en temps réel sur terre et en mer, ainsi que d’analyses géodésiques telles que le GPS pour permettre de tracer les coordonnées spatiales des anomalies.
L’étude a utilisé l’imagerie profonde avec différentes formes d’ondes sismiques provenant de séismes lointains qui se déplacent à travers la Terre. Les stations sismiques au fond de l’océan, dont les données sont récupérées tous les dix mois, faisaient partie de la Cascadia Initiative financée par la National Science Foundation. L’étude a également utilisé des données plus anciennes provenant de nombreuses recherches menées sur la terre ferme dans l’ouest des États-Unis.
Source: Université de l’Oregon.

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Volcanism and seismicity along the Cascade Range in Western U.S.A. are largely determined by plate tectonics in the area. The 1,000-kilometres subduction zone, which has not experienced a powerful earthquake since 1700, is where the Juan de Fuca ocean plate dips under the North American continental plate. The fault zone stretches just offshore from northern Vancouver Island to Cape Mendocino in northern California.

The map below shows the Cascadia Subduction Zone with a shaded area encompassing the onshore and offshore areas where seismometers were located by University of Oregon researchers. Data from the seismometers helped them identify seismic anomalies at both ends of the fault where they believe pieces of the upper mantle are rising and modulating earthquake activity.

With four years of data from 268 seismometers on the ocean floor and several hundred on land, researchers have found anomalies in the upper mantle below both ends of the Cascadia Subduction Zone. They may influence the location, frequency and strength of earthquake events along the U.S. Pacific Northwest. The study was released by the journal Geophysical Research Letters.

The anomalies, which reflect regions with lower seismic wave velocities than elsewhere beneath the fault line, point to pieces of the Earth’s upper mantle that are rising because of melting rock and possibly elevated temperatures. The mantle is rising under the southern Gorda deformation zone at the north edge of the San Andreas Fault and under the Olympic Peninsula and southern Vancouver Island. These regions do not have the same behaviour as the entire fault. There are three segments that have their own distinct geological characteristics. The north and south segments have increased locking and increased tremor densities.

Locking refers to how strongly two plates stick. This means that the plates are building up stress that may lead to powerful earthquakes when it is released.  Locking is much weaker in Cascadia’s central section, which includes most of Oregon, where infrequent, smaller quakes tend to occur.

Tremor refers to long-duration seismic signals often seen at subduction zones.

The study will not help earthquake forecasting, but it points to the need for real time onshore-offshore seismic monitoring and geodetic analyses, such as from GPS to help plot spatial coordinates, of the anomalies.

The study involved deep imaging using different forms of seismic waves coming from distant earthquakes moving through the Earth. The ocean-bottom seismic stations, from which data were retrieved every 10 months, were part of the National Science Foundation-funded Cascadia Initiative. Older data from numerous onshore studies in the western United States also were included in the analysis.

Source : University of Oregon.

 Carte montrant la zone de subduction de Cascadia (Source: University of Oregon)

 

Le soulèvement de l’Antarctique // Antarctica’s uplifting

Une étude publiée le 21 juin 2018 dans la revue Science révèle que le substrat rocheux sous l’Antarctique se soulève beaucoup plus vite qu’on le pensait, à raison d’environ 41 millimètres par an, probablement en raison de l’amincissement de la glace qui se trouve au-dessus. En effet, à mesure que la glace fond, son poids et sa pression sur la masse rocheuse diminuent. Avec le temps, lorsque d’énormes quantités de glace disparaissent, le substratum rocheux se soulève, poussé par le manteau visqueux sous la surface de la Terre. C’est un phénomène qui a été baptisé rebond isostatique par les scientifiques.
Ce soulèvement du substrat rocheux de l’Antarctique est à la fois une bonne et une mauvaise nouvelle. La bonne nouvelle, c’est que ce soulèvement du substrat rocheux pourrait stabiliser la calotte glaciaire. La mauvaise nouvelle, c’est qu’il a faussé les mesures satellitaires montrant la perte de glace qui a probablement été sous-estimée d’au moins 10%.
Le substrat rocheux de l’Antarctique est difficile à étudier parce qu’il est en grande partie recouvert d’une épaisse couche de glace; D’après la NASA, l’Antarctique contient environ 90% de toute la glace de la Terre, de sorte que sa fonte intégrale pourrait entraîner une hausse d’environ 60 mètres du niveau des océans. Pour mesurer les changements intervenus sur le continent, les chercheurs ont installé six stations GPS en différents points de l’Amundsen Sea Embayment (ASE), une vaste échancrure littorale de la Baie d’Admundsen, de la taille du Texas. Ils ont placé les capteurs GPS dans des endroits où le substrat rocheux était accessible, ce qui a permis de recueillir des données à une résolution spatiale de 1 km, plus élevée que celle obtenue dans des études antérieures.
Les scientifiques s’attendaient à voir un lent rebond isostatique. Au lieu de cela, ils ont constaté qu’il était environ quatre fois plus rapide que prévu. C’est le plus rapide jamais enregistré dans des zones glaciaires. Les résultats laissent supposer que le manteau sous-jacent est très réactif lorsque le poids important de la glace s’amoindrit, ce qui entraîne un soulèvement rapide du substrat.
Le soulèvement du substrat rocheux est certes le résultat de la perte de glace au cours du siècle dernier, mais cette perte de glace continue de nos jours à une vitesse inquiétante sous l’effet du changement climatique induit par l’homme. La quantité de glace qui a disparu du continent antarctique depuis 1992 a provoqué une élévation du niveau de la mer d’environ 8 mm. Les scientifiques de la NASA ont récemment prédit que le West Antarctic Ice Sheet (WAIS) – inlandsis antarctique occidental – pourrait disparaître entièrement dans les 100 prochaines années, entraînant une élévation du niveau de la mer de près de 3 mètres.
Les chercheurs font remarquer  que la fonte de l’Antarctique occidental pourrait avoir un aspect positif. Le soulèvement du substrat rocheux sous cette région pourrait permettre de stabiliser la calotte glaciaire et empêcher sa disparition totale, en dépit du réchauffement climatique qui affecte la planète.
Le point négatif, c’est que les estimations de la perte de glace en Antarctique dépendent des mesures satellitaires qui peuvent être affectées par des changements de masse significatifs. Les mesures risquent donc d’être faussées, avec des marges d’erreur pouvant atteindre jusqu’à 10 pour cent.
Source: Live Science.

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A study published on June 21st, 2018 in the journal Science reveals that the bedrock under Antarctica is rising more swiftly than ever recorded — about 41 millimetres upward per year, probably due to the thinning of the ice above. Indeed, as ice melts, its weight on the rock below lightens. And over time, when enormous quantities of ice have disappeared, the bedrock rises in response, pushed up by the flow of the viscous mantle below Earth’s surface, a phenomenon called post-glacial rebound or isostatic rebound.

This uplifting is both bad news and good news for the frozen continent. The good news is that the uplift of supporting bedrock could make the remaining ice sheets more stable. The bad news is that in recent years, the rising earth has probably skewed satellite measurements of ice loss, leading researchers to underestimate the rate of vanishing ice by as much as 10 percent.

Antarctica’s bedrock is difficult to study because most of it is covered by thick layers of ice; the continent’s ice sheet cover holds about 90 percent of all the ice on Earth, containing enough water to elevate sea levels worldwide by about 60 metres, according to NASA. To measure how it was changing, the researchers installed six GPS stations at locations around the Amundsen Sea Embayment (ASE), a region of the ice sheet roughly the size of Texas, that drains into the Amundsen Sea. They placed the GPS monitors in places where bedrock was exposed, gathering data at a spatial resolution of 1 km, higher than any recorded in prior studies.

The scientists expected to see some evidence of slow uplift in the bedrock over time. Instead, they saw that the rate of the uplift was about four times faster than anticipated from ice-loss data. The velocity of the rebound in the ASE was one of the fastest rates ever recorded in glaciated areas. The findings suggest that the mantle underneath is fast-moving and fluid, responding rapidly as the heavy weight of ice is removed to push the bedrock upward very quickly.

The bedrock uplift is a result of ice loss over the past century, but ice continues to vanish from parts of Antarctica at a dramatic rate, spurred by human-induced climate change. The amount of ice that has vanished from the continent since 1992 caused about 8 mm of sea level rise. And scientists recently predicted that the West Antarctic Ice Sheet (WAIS) could collapse entirely within the next 100 years, leading to sea level rise of up to nearly 3 metres.

But the researchers suggest that there may be a ray of hope for the weakening WAIS. The deforming bedrock under Antarctica, buoyed by a fluid mantle, could provide an unexpected source of support for the WAIS. In fact, the bedrock’s uplift could stabilize the WAIS enough to prevent a complete collapse, even under strong pressures from a warming world.

There’s a downside to the scientists’ findings, too. Estimates of ice loss in Antarctica depend on satellite measurements of gravity in localized areas, which can be affected by significant changes in mass. If the bedrock under Antarctica is rapidly adjusting in response to ice loss, its uplift would register in gravity measurements, compensating for some ice loss and obscuring just how much ice has truly disappeared by about 10 percent.

Source : Live Science.

Source: NOAA

Histoire de cristaux d’olivine à Hawaii // About olivine crystals in Hawaii

Alors que l’éruption du Kilauea se poursuit intensément, les habitants sont surpris de trouver de petits cristaux verts tombés du ciel pendant l’éruption. Ce sont en fait des cristaux d’olivine, un minéral très répandu dans la lave à Hawaii. En géologie, on parle aussi de péridotite, roche constituée principalement de cristaux d’olivine et de pyroxènes, alors que l’olivine est un minéral. Pendant une éruption, le volcan fait éclater les lambeaux de lave, ce qui permet de séparer les minéraux verts d’olivine du reste de la masse en fusion et de laisser tomber ces minuscules cristaux à l’aspect de pierres précieuses.
Plusieurs plages à Hawaii ont une couleur verdâtre, en raison de la forte concentration d’olivine. En fait, l’olivine est l’un des minéraux les plus répandus sous la surface de la Terre, mais il est assez difficile de le trouver séparé de la roche mère et encore plus difficile de le trouver avec une qualité de gemme.
L’olivine est si répandue que l’on estime que plus de 50% du manteau supérieur de la Terre est composé d’olivine ou de variantes du minéral. Les volcans d’Hawaï sont le produit d’un point chaud ou hotspot, ce qui signifie que la composition d’origine du manteau supérieur n’est pas modifiée de manière significative lorsqu’elle atteint la surface de la Terre.

La raison pour laquelle il y a une variété d’autres roches sur les continents est en grande partie due aux modifications subies par le magma au cours de son ascension sous chaque continent. Ce voyage à travers différentes couches de la croûte terrestre ajoute et élimine les éléments chimiques et des minéraux et modifie la composition originale du magma. Un géologue français avait l’habitude de dire qu’à Hawaï, on des laves « TGV » qui, comme les trains ultra rapides, arrivent directement à destination, en l’occurrence la surface de la Terre, sans s’arrêter dans les gares. A l’inverse,  dans d’autres régions du monde on a des magmas « omnibus » qui subissent des changements pendant leur ascension, comme les passagers des trains qui s’arrêtent dans différentes gares.

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While Kilauea Volcano is still fiercely erupting, residents are surprised to find little green gems that have fallen out of the sky during the eruption. They are actually olivine crystals, a common mineral found in Hawaii’s lava. In geology, it is called peridot. As the volcano erupts, it blasts apart molten lava, allowing for green olivine minerals to be separated from the rest of the melt and fall as tiny gemstones.

There are several places in Hawaii where the beaches have a green colour, due to a high concentration of olivine that has weathered out of the basalt. In fact, olivine is one of the most common minerals below Earth’s surface but it is quite hard to find it separated from the parent rock and even harder to find it of gem quality.

Olivine is so common that it is estimated that over 50 percent of the Earth’s upper mantle is composed of olivine or variations of the mineral. Hawaii’s volcanoes are the product of a hotspot, which means that the true composition of the upper mantle is not significantly altered when erupted on Hawaii’s surface as basalt.

The reason there is a variety of other rocks on continents is largely due to magma travelling through the varied geology that underlies each continent. This adds and removes chemicals/minerals and alters the original composition of the magma from basalt to a unique blend of minerals. A French geologist used to say that in Hawaii, you have “high speed train” minerals reaching the surface directly, with no stops at the stations, contrary to other regions of the world where they are “slow train” minerals, undergoing changes – like passengers in a train – in different stations.

Nodules de péridotite (Photo: C. Grandpey)

Green Sand Beach à Hawaii (Photo: C. Grandpey)

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.

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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.

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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.

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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.

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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