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

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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

La source de la lave des volcans islandais // Where Icelandic volcanoes get their lava from

Depuis plus de deux décennies, les scientifiques travaillent sur la nature des Ultra-Low Velocity Zones (ULVZ), zones à vitesse ultra faible à la frontière entre le noyau et le manteau terrestre et dont le nom s’explique par le déplacement très lent des ondes sismiques qui les traversent. Selon certains chercheurs, une cause de cette vitesse très lente pourrait être leur état de fusion partielle. D’autres pensent que la chute de vitesse peut s’expliquer par le fait que les ULVZ sont constituées d’un type de roche différent et plus dense, peut-être enrichi en fer et chimiquement distinct du reste du manteau.
Des chercheurs de l’Université de Californie qui ont examiné l’une de ces zones à près de 3000 kilomètres sous l’Islande, ont enfin apporté une réponse à cette question. Les ULVZ seraient les racines, à l’état de fusion partielle, des panaches de roches très chaudes qui s’élèvent lentement à travers le manteau pour alimenter les volcans. Cela signifierait que ces zones seraient les marqueurs en profondeur de la base des panaches volcaniques dans le monde.
Pour libérer la chaleur du noyau externe liquide, la roche solide à l’intérieur du manteau terrestre se déplace en lents mouvements convectifs. Les scientifiques ont longtemps pensé que des remontées au niveau de ces courants de convection mantelliques se manifestent sous formes de panaches responsables des points chauds sur Terre. Plus récemment, ils ont commencé à examiner leurs parties supérieures au travers de modèles informatiques très élaborés qui utilisent les ondes des grands séismes pour créer des images tomographiques de l’intérieur de la Terre.
Des études antérieures avaient tenté d’établir des liens entre les ULVZ et les panaches mantelliques sous les îles Hawaii et Samoa. Toutefois, les chercheurs californiens pensent que ce qui se passe sous l’Islande offre une meilleure image. En effet, les ondes sismiques qui passent sous cette région du monde proviennent de différentes directions et peuvent être reçues par des capteurs dans des parties opposés de la planète, contrairement aux îles du Pacifique.
À l’aide d’ondes sismiques captées par tout un ensemble de capteurs aux États-Unis et en Chine, l’équipe scientifique a pu mieux identifier la position et la forme des ULVZ. Il en ressort que la forme est celle d’un cylindre de 800 kilomètres de base et 15 kilomètres de hauteur, plus ou moins directement sous le panache qui alimente les volcans islandais. Ces résultats vont dans le sens du scénario de la fusion partielle, car l’autre option, celle d’une roche chimiquement différente, donnerait probablement une forme plus irrégulière et n’aurait pas nécessairement terminé sa course directement sous un panache.
Cependant, selon certains scientifiques, la nouvelle étude ne doit pas exclure le scénario concernant la roche chimiquement différente. En effet, un spécialiste en géodynamique à l’Université d’État du Michigan a modélisé les lents courants mantelliques et a constaté que, le long de la limite entre le noyau et le manteau, les courants sont latéraux et attirés vers la base des panaches. Ces courants pousseraient, tel un bulldozer, la roche dense et chimiquement distincte vers les panaches et, au fil du temps, ils pourraient finir par lui donner une forme à peu près circulaire.
Les chercheurs affirment que le mystère sera résolu avec l’amélioration des images du manteau inférieur grâce aux nouvelles technologies. Des ordinateurs plus puissants permettront d’utiliser davantage le contenu haute fréquence des ondes sismiques, partie qui est la plus favorable pour mettre en lumière les structures peu profondes comme les ULVZ. Un autre progrès pourrait être réalisé grâce aux capteurs sismiques installés au fond de l’océan. Comme la plupart des capteurs sismiques se trouvent actuellement sur la terre ferme, les deux tiers de la Terre (autrement dit les océans) sont une zone blanche.

Source: Science Mag.

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For more than 2 decades, scientists have pondered the nature of ultralow-velocity zones (ULVZs). The regions get their name from the way that earthquake waves travel so much more slowly through them. One way to explain that speed drop would be if they were partially molten. Another camp has held that the speed drops can be explained if ULVZs are made of a dense, different type of rock, perhaps enriched with iron, and chemically distinct from the rest of the mantle.

Researchers from the University of California who examined one of these zones nearly 3000 kilometres below Iceland finally have an answer: They may be the partially molten roots of plumes of hot rock that slowly rise through the mantle to feed volcanoes. That would make ULVZs deep signposts that mark the base of the world’s plumes.

To release heat from the liquid outer core, the solid rock in Earth’s mantle moves in slow, convective swirls. Earth scientists have long suspected that upwellings in these mantle convection currents would manifest themselves as the plumes responsible for Earth’s volcanic hot spots. Now they have started to see their upper parts with sophisticated computer models that use the waves from large earthquakes to create CT scan–like tomographic pictures of Earth’s interior.

Previous studies had made tentative connections between ULVZs and the plumes underneath Hawaii and Samoa. But the Californian researchers think the scene underneath Iceland provides a better picture. Indeed, earthquake waves pass underneath the region from different directions and can be picked up by sensors on opposite sides of the world, unlike the Pacific islands.

Using earthquake waves picked up by arrays of sensors in the United States and China, the team better identified the position and shape of the ULVZ. They found its shape was a stubby cylinder 800 kilometres across and 15 kilometres tall, more or less directly under the plume that feeds Iceland’s volcanoes. The team’s results favour the partially molten scenario, since the other option, a chemically distinct rock, would likely have a more irregular shape and would not necessarily wind up sitting directly underneath a plume.

However, the new study might not rule out the chemically distinct rock scenario. A geodynamicist at Michigan State University has modelled the mantle’s slow-motion currents and found that, along the core-mantle boundary, the currents are lateral, drawn toward the bases of plumes. These currents would bulldoze the dense, chemically distinct rock toward the plumes, and, over time, they could pack it into a roughly circular shape.

The researchers say that the debate will get resolved as pictures of the lower mantle improve. More powerful computers will allow to use more of the high-frequency content of earthquake waves, the part that is best at illuminating shallow structures like ULVZs. Another boost could come from ocean-bottom earthquake sensors. With most earthquake sensors sitting on land, two-thirds of Earth (namely the oceans) is a blank spot.

Source : Science Mag.

Schéma montrant la limite entre le noyau externe et le manteau inférieur, ainsi que les ULVZ (Source : Science Direct)

Voyage au centre de la Terre // Journey to the centre of the Earth

Une équipe scientifique japonaise espère être la première à atteindre et explorer avec succès le manteau terrestre. Les chercheurs de l’Agence Japonaise pour la Science et la Technologie Mer-Terre (JAMSTEC) espèrent mieux comprendre comment la Terre s’est formée et quelle est la composition du manteau. Ce dernier représente plus de 80% de la masse de notre planète, à une dizaine de kilomètres sous le plancher océanique. Le gouvernement japonais, qui participe au financement de l’expédition, espère que les recherches pourront permettre de mieux prévoir les séismes.
Trois sites de forage sont actuellement à l’étude, tous dans l’océan Pacifique. L’un d’eux est au large des côtes hawaiiennes, un autre au large du Costa Rica et le dernier au large du Mexique. Pour accéder au manteau, la JAMSTEC veut utiliser le Chikyu, l’un des navires de forage les plus performants actuellement. C’est le plus grand navire de forage, avec une capacité de forage trois fois plus profonde que les navires précédents. Le trépan du Chikyu descendra à 4 kilomètres de profondeur dans les eaux océaniques avant d’atteindre plancher. Il perforera ensuite la croûte terrestre sur 6 kilomètres avant d’atteindre le manteau.
Les scientifiques ont déjà foré et récupéré des échantillons du fond de l’océan, mais seulement en surface. Ils veulent maintenant creuser le plancher océanique jusqu’au manteau proprement dit. Le forage débutera en 2030 au plus tard. Le projet a quatre objectifs principaux. Le premier (en cours) consiste à accéder au manteau de la planète en traversant le plancher océanique. Le deuxième objectif est d’étudier la frontière entre la croûte océanique et le manteau. Le troisième est de savoir comment s’est formée la croûte océanique. L’objectif final est d’examiner à quelle profondeur existe la vie microbienne à l’intérieur de la planète.
Source: CNN.

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A group of Japanese scientists plans to be the first to successfully drill into the Earth’s mantle. Researchers at Japan’s Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) say they are hoping to discover more about how our planet was formed and what the mantle is composed of. The mantle makes up more than 80% of the entire Earth’s mass, lying about 10 km beneath the ocean floor. The Japanese government, which is helping fund the expedition, hopes the research could help discover ways to better predict earthquakes.

Three drilling sites are currently under consideration, all of them in the Pacific Ocean. One is off Hawaii, another one is off Costa Rica and the last one is off Mexico. To access the mantle, JAMSTEC wants to use one of the most advanced drilling vessels currently available, the Chikyu. It is the biggest drilling ship today, so the drilling capability is three times deeper than the previous vessels. The Chikyu’s drill will drop down through almost 4 kilometres of ocean before reaching the ocean floor. It will then bore through 6 kilometres of the sea floor, or the planet’s crust, before it reaches the mantle.

The scientists have already drilled and have taken some samples from the ocean floor but only from the top. They now want to dig from the ocean floor to the deep pristine mantle. Drilling will start by 2030 at the latest. The project has four primary objectives, only the first of which is to access the planet’s mantle by drilling through the sea floor. The second aim is to investigate the boundary between the oceanic crust and the mantle. The third one is to know how the oceanic crust formed. The final objective is to further examine how deep microbial life exists inside the planet.

Source: CNN.

Nodules de péridotite, roche magmatique qui constitue la majeure partie du manteau supérieur. (Photo : C. Grandpey)

Histoire d’eau et de manteau…. // A story of water and mantle….

drapeau-francaisUne étude conjointe de la Carnegie Institution for Science et la Woods Hole Oceanographic Institution, dont les résultats ont été publiés dans la revue Science, a permis de découvrir que la température moyenne du manteau terrestre sous les bassins océaniques est d’une soixantaine de degrés Celsius supérieure à ce que l’on pensait jusqu’à présent, à cause de la présence d’eau dans les minéraux profonds.
Le manteau, la couche intermédiaire entre le noyau et la croûte terrestre, est la principale source du magma qui s’échappe à la surface sous forme de lave lors des éruptions volcaniques. Les minéraux qui composent le manteau contiennent de petites quantités d’eau, pas sous forme liquide, mais sous forme de molécules individuelles dans la structure atomique du minéral. Les dorsales océaniques se forment lorsque les minéraux contenus dans le manteau dépassent leur point de fusion, fondent partiellement et produisent le magma qui monte à la surface. En se refroidissant, le magma forme le basalte qui constitue la base de la croûte océanique. Dans ces dorsales océaniques, le basalte peut avoir de 5 à 7 kilomètres d’épaisseur. L’étude des dorsales sous-marines peut donner des indications sur ce qui se passe dans le manteau, ainsi que sur la géochimie sous la surface de la Terre.
Les scientifiques se sont pendant longtemps posé des questions sur  la mesure de la température potentielle du manteau. La température potentielle est une quantification de la température moyenne d’un système dynamique en supposant que chaque partie de ce système est théoriquement soumise à la même pression. La détermination de la température potentielle d’un système mantellique permet aux scientifiques de mieux comprendre les voies d’écoulement du magma et la conductivité sous la croûte terrestre. On peut estimer avec plus de précision la température potentielle d’une zone du manteau en connaissant le point de fusion des roches qui participent à une éruption sous forme de magma et refroidissent ensuite pour former la croûte océanique.
Dans les conditions d’humidité, le point de fusion de la péridotite, qui fond pour former l’essentiel des basaltes des dorsales médio-océaniques, est considérablement plus bas que dans les conditions sèches, quelle que soit la pression. Cela signifie que la profondeur à laquelle les roches du manteau commencent à fondre et remontent à la surface sera différente si la péridotite contient de l’eau et, sous la croûte océanique, on pense que les minéraux du manteau supérieur contiennent de petites quantités d’eau, entre 50 et 200 ppm.
Les auteurs de l’étude ont mis en oeuvre des expériences de laboratoire afin de déterminer le point de fusion de la péridotite sous des pressions analogues à celles du manteau, en présence de quantités d’eau connues. C’était la première fois que des expériences étaient menées pour déterminer précisément dans quelle mesure la température de fusion du manteau dépendait de petites quantités d’eau. Les chercheurs ont constaté que la température potentielle du manteau sous la croûte océanique est plus élevée que celle qui avait été estimée précédemment. Ces résultats sont importants car ils peuvent changer notre compréhension de la viscosité du manteau et ils permettront peut-être de savoir jusqu’à quel point elle joue un rôle dans certains mouvements des plaques tectoniques.
Source: Carnegie Institution for Science.

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drapeau-anglaisA joint study between the Carnegie Institution for Science  and the Woods Hole Oceanographic Institution, whose results have been published in the journal Science, has determined that the average temperature of Earth’s mantle beneath ocean basins is about 60 degrees Celsius higher than previously thought, due to water present in deep minerals.

Earth’s mantle, the layer just beneath the crust, is the source of most of the magma that erupts at volcanoes. Minerals that make up the mantle contain small amounts of water, not as a liquid, but as individual molecules in the mineral’s atomic structure. Mid-ocean ridges are formed when these mantle minerals exceed their melting point, become partially molten, and produce magma that ascends to the surface. As the magmas cool, they form basalt, the basis of oceanic crust. In these oceanic ridges, basalt can be 5 to 7 kilometres thick. Studying these undersea ridges can teach scientists about what is happening in the mantle, and about the Earth’s subsurface geochemistry.

One longstanding question has been a measurement of the mantle’s potential temperature. The potential temperature is a quantification of the average temperature of a dynamic system if every part of it were theoretically brought to the same pressure. Determining the potential temperature of a mantle system allows scientists to better understand flow pathways and conductivity beneath the Earth’s crust. The potential temperature of an area of the mantle can be more closely estimated by knowing the melting point of the mantle rocks that eventually erupt as magma and then cool to form the oceanic crust.

In damp conditions, the melting point of peridotite, which melts to form the bulk of mid-ocean ridge basalts, is dramatically lower than in dry conditions, regardless of pressure. This means that the depth at which the mantle rocks start to melt and well up to the surface will be different if the peridotite contains water, and beneath the oceanic crust, the upper mantle is thought to contain small amounts of water, between 50 and 200 ppm.

The authors of the study set out to use lab experiments in order to determine the melting point of peridotite under mantle-like pressures in the presence of known amounts of water. This was the first time experiments had ever been conducted to determine precisely how the mantle’s melting temperature depends on such small amounts of water. The researchers found that the potential temperature of the mantle beneath the oceanic crust is hotter than had previously been estimated. These results are important as they may change our understanding of the mantle’s viscosity and how it influences some tectonic plate movements.

Source : Carnegie Institution for Science.

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Nodules de péridotite (Photo: C. Grandpey)

Le Groenland fond plus vite qu’on le pensait // Greenland melts faster than previously thought

drapeau-francaisUne étude récemment publiée dans la revue Science Avances nous apprend que les recherches effectuées jusqu’à présent ont peut-être sous-estimé d’environ 20 milliards de tonnes par an la perte de masse de la calotte glaciaire du Groenland.
En général, les scientifiques calculent la perte de glace au Groenland (et ailleurs dans le monde) en utilisant les données satellitaires. La nouvelle étude indique que ces données ont probablement inclus des éléments incorrects et donc mésestimé la disparition de glace chaque année.
La nouvelle étude s’appuie sur un concept connu sous le nom d’«ajustement isostatique glaciaire», ou la tendance de la terre à « rebondir » après qu’une importante masse de glace s’est retirée. [NDLR : J’ai déjà eu l’occasion de parler de ce phénomène à propos de l’Islande.] Cet effet est en grande partie géré par le comportement du manteau terrestre. En effet, quand un poids important, comme une immense calotte glaciaire, se forme à la surface de la Terre, la forte pression qu’elle exerce déforme le manteau qui se trouve en dessous. Lorsque le poids disparaît, le manteau se remet progressivement en place.
Dans la mesure où les études satellitaires tirent uniquement leurs conclusions sur la perte de glace en fonction des changements observés à la surface de la Terre, les scientifiques doivent effectuer des corrections pour tenir compte de cet effet dû au comportement du manteau terrestre. L’étude fait en particulier référence aux mesures effectuées par les satellites jumeaux  GRACE qui estiment la perte de glace en fonction des modification de gravité au cours de leurs orbites autour de la terre. Ces satellites mesurent la variation de masse, mais ils ne peuvent pas vraiment faire la différence entre la masse de la glace et la masse rocheuse.
La nouvelle étude a tiré ses conclusions en utilisant les données fournies par un réseau de capteurs GPS installés autour du Groenland ; ils ont permis de détecter la vitesse de « rebondissement » de la Terre. Les chercheurs ont pu utiliser ces mesures pour estimer la vitesse à laquelle s’est déplacé le sol du Groenland depuis le dernier âge glaciaire dont l’apogée se situe il y a plus de 25 000 ans.
Quand les scientifiques ont comparé leurs estimations à certains modèles utilisés précédemment pour reconstruire l’histoire glaciaire du Groenland, ils ont constaté que les résultats ne correspondaient pas. Ils en ont conclu que les hypothèses des anciens modèles sur les déplacements de la roche sous le Groenland étaient incorrectes. Ces modèles se basent généralement sur des hypothèses standard sur les mouvements du manteau terrestre dans la plupart des régions du monde. Cependant, les chercheurs pensent qu’il y a des millions d’années, un point chaud a changé la consistance du manteau sous le Groenland, l’amenant à se déplacer de différentes manières. Ce point chaud existe toujours, mais il a migré depuis cette époque lointaine et se trouve actuellement sous l’Islande, où il est responsable de l’activité volcanique dans ce pays.
C’est parce qu’ils n’ont pas tenu compte de l’influence de ce point chaud que les modèles précédents décrivant comportement du Groenland étaient incorrects. Les chercheurs ont donc créé un nouveau modèle en prenant en compte leurs hypothèses sur le manteau, de sorte que les résultats se sont retrouvés en phase avec les mesures GPS. Ensuite, ils ont utilisé le modèle modifié pour reconstruire l’histoire glaciaire du Groenland. Les derniers résultats montrent que les mesures satellitaires ont sous-estimé la perte de masse actuelle du Groenland d’environ 20 milliards de tonnes par an.
L’évolution du Groenland au vu des nouvelles données révèle non seulement la quantité de glace perdue au cours des derniers millénaires, mais les endroits où les pertes se sont produites. Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont découvert qu’en fait un nombre limité de glaciers était responsable de plus de 70 pour cent du total des pertes de la calotte glaciaire. La nouvelle étude conclut que ces mêmes régions ont effectivement contribué à une partie importante – environ 40 pour cent – des pertes de glace du Groenland depuis des milliers d’années. Les chercheurs font remarquer qu’une autre étude récente a révélé des résultats similaires.
Indirectement, cette dernière étude ne concerne pas que le Groenland. Les chercheurs ont fait remarquer que des erreurs similaires pourraient concerner les estimations actuelles de perte de glace en Antarctique. Le problème est que l’Antarctique est beaucoup plus vaste que le Groenland. Bien qu’un réseau GPS existe sur ce continent, les capteurs sont très éloignés les uns des autres, ce qui signifie qu’il est beaucoup plus difficile de recueillir suffisamment de données pour effectuer le même type d’étude.
Source: The Washington Post.

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drapeau-anglaisA study recently published in the journal Science Advances finds that previous studies may have underestimated the current rate of mass loss on the Greenland ice sheet by about 20 billion tons per year.

Generally, scientists estimate ice loss in Greenland (and elsewhere around the world) using data from satellites. But the new study suggests these satellite studies may have included some incorrect assumptions, causing them to miscalculate the amount of mass actually disappearing from the ice sheet each year.

The assertion revolves around a concept known as « glacial isostatic adjustment, » or the tendency of land to bounce back after a large weight of ice has been removed from it. An important part of this effect is driven by the flowing of the Earth’s mantle. When a heavy weight, such as a huge ice sheet, forms on the Earth’s surface, the resulting high pressure causes the mantle to begin flowing out from underneath it. When the weight is removed, the mantle gradually begins to flow back into place.

Because satellite studies generally draw their conclusions about ice loss based on changes in the Earth’s surface, scientists must make corrections to account for this effect. The study points specifically to the measurements yielded by the GRACE satellites, a set of twin crafts that estimate ice loss based on changes in the pull of gravity as they orbit around the earth. What these satellites measure is mass change, but they can’t really tell the difference between ice mass and rock mass.

The study draws its conclusions using data from a network of GPS sensors placed around Greenland, which have helped detect how fast the earth there is springing back up. The researchers were able to use these recent measurements to estimate the rate at which land in Greenland has been moving back into place since the last ice age, which reached its peak more than 25,000 years ago.

When they compared these estimates to some of the models that have previously been used in reconstructions of Greenland’s glacial history, they found that the findings didn’t match up, leading them to conclude that the models’ assumptions about the flow of rock beneath Greenland were incorrect. These models have typically relied on standard assumptions about the way the Earth’s mantle flows in most parts of the world. However, the researchers suggest that millions of years ago, a hotspot changed the consistency of the mantle beneath Greenland, causing it to move in different ways. This hotspot still exists, but it has since migrated and currently resides beneath Iceland, where it’s historically been responsible for the high levels of volcanic activity in that country.

Without taking the influence of this hotspot into effect, the researchers suggest, previous models of Greenland’s behaviour were incorrect. So they created a modified model, tweaking its assumptions about the mantle so that the results were consistent with their GPS estimates. Then, they used the modified model to create a reconstruction of Greenland’s glacial history. First, the results suggest that satellite studies have been underestimating the current mass loss in Greenland by about 20 billion tons per year.

The reconstructed history was able to identify not only how much ice has been lost over the last few thousand years, but also where the losses have been coming from. Over the past two decades, scientists have found that a relatively small set of glaciers in Greenland are responsible for more than 70 percent of the ice sheet’s total losses. The new study finds that these same regions have actually been contributing to a hefty portion — about 40 percent — of Greenland’s ice losses for many thousands of years. And the researchers pointed out that another recent study found similar results over the last century.

The study doesn’t just raise questions about Greenland. The researchers have pointed out that some of the same problems could exist with the current estimates of ice loss in Antarctica. The problem is that Antarctica is so much bigger than Greenland. Although a GPS network exists there as well, the sensors are spaced much farther apart, meaning it may be much more difficult to gather enough data to conduct the same type of study.

Source: The Washington Post.

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Photos: C. Grandpey