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

Comme je l’ai souvent écrit sur ce blog, nous connaissons plein de détails sur la surface d’autres planètes comme Mars, Jupiter ou Vénus, mais nous ne savons que très peu de choses sur le fond de nos océans, et encore moins sur la structure interne de notre propre planète. En particulier, nous n’avons jamais observé le magma sous la surface de la Terre. Un projet sur le point de débuter en Islande pourrait contribuer à améliorer nos connaissances dans ce domaine.
Le site choisi pour ce projet est Víti, un petit cratère avec un lac à l’intérieur, dans la caldeira de 10 kilomètres du volcan Krafla, dans le nord-est de l’Islande.
En 2009, un forage dont le but était de faire remonter de l’eau chaude pour l’énergie géothermique dans cette région de l’Islande a accidentellement percé une chambre magmatique dont personne ne soupçonnait l’existence. L’incident a provoqué l’émission d’un puissant panache de vapeur et d’éclats de verre volcanique. Le forage a créé le puits géothermique le plus chaud de tous les temps, jusqu’au jour où le tubage s’est brisé. Les échantillons de verre volcanique collectés ont laissé supposer que le magma était non seulement liquide, mais aussi qu’il circulait. Mais peu de choses ont été révélées sur la taille de la chambre magmatique ou sur sa durée d’existence.
Avec le nouveau projet, les chercheurs vont utiliser un équipement plus robuste et créer le seul pôle d’observation du magma dans le monde. Les résultats obtenus pourraient expliquer comment le magma se déplace à travers la croûte, mais aussi améliorer la prévision éruptive. Ils pourraient également apporter une lumière sur la formation et la croissance des continents.
Le projet baptisé Krafla Magma Testbed (KMT) est financé par l’International Continental Scientific Drilling Program. Avec ce soutien, ainsi que plusieurs millions de dollars de financement d’organismes islandais et d’autres agences scientifiques européennes, le projet vient d’entrer dans sa phase de préparation.. Le premier forage, d’un coût de 25 millions de dollars, pourrait commencer dès 2023.
Comme ils n’ont pas la possibilité d’étudier directement le magma dans les profondeurs de la Terre, les volcanologues s’appuient sur les mesures de surface des sismomètres, des capteurs GPS et des satellites radar pour essayer de deviner ses mouvements. Ils peuvent examiner d’anciennes chambres magmatiques solidifiées, mais ces restes géologiques ne fournissent pas suffisamment d’éléments. Ils peuvent étudier la lave à la surface, mais les échantillons qu’ils collectent ont perdu la plupart des gaz qui provoquent les éruptions et dont dépendent la température, la pression et la composition d’origine du magma. Les cristaux, les inclusions et les bulles dans la lave durcie contiennent toutefois des indices sur son état d’origine. Un échantillon de la chambre magmatique du Krafla indiquera aux chercheurs si ces estimations sont vraiment fiables. Obtenir un tel échantillon révélera également la vraie nature de la chambre magmatique.
Le projet KMT pourrait permettre de répondre aux questions de base sur la matière première de la croûte continentale. Les fonds marins dans le monde et une grande partie de l’Islande prennent forme à partir de magma basaltique, c’est à dire à peu près la même substance qui existe dans le manteau. Mais les roches granitiques des continents se forment à partir d’un magma rhyolitique riche en silice qui se trouve probablement sous le site du projet KMT. Personne n’est sûr de l’origine du magma qui forme les continents ; on pense que le magma basaltique altéré par l’eau de mer est soumis à une nouvelle fusion et finit par être émis par les volcans sous forme de rhyolite. Des échantillons de rhyolite provenant d’Islande – où le basalte est majoritaire – pourraient fournir une fenêtre sur le fonctionnement de ce processus dans le monde.
Un but du projet KMT est de collecter plusieurs échantillons au fil du temps et d’intégrer des capteurs dans et à proximité du magma pour mesurer la chaleur, la pression et même la chimie malgré des températures supérieures à 1000°C. Les partenaires de forage de KMT testent des techniques qui pourraient permettre au revêtement en acier du puits de se dilater et de se contracter en cas de chaleur extrême. D’autres partenaires développent une électronique innovante pour résister à la chaleur et à la pression. Une telle technologie pourrait un jour être utilisée sur Vénus.
Ces innovations technologiques pourraient également profiter aux nombreuses entreprises islandaises qui s’investissent dans l’énergie géothermique. Se rapprocher d’une poche magmatique pourrait augmenter considérablement le potentiel énergétique des puits individuels, comme on a pu le voir avec le puits foré 2009 qui, à lui seul, aurait pu alimenter une petite ville.
Il est probable que les grandes quantités d’eau injectées dans le puits pour refroidir et lubrifier la foreuse perturberont un peu le système volcanique, et les géophysiciens surveilleront de près l’évolution du forage. Il ne faudrait pas que l’entreprise déclenche une éruption!

Les changements dans la vitesse des ondes sismiques après le forage pourraient donner des indications sur l’étendue du magma. L’observation de ces changements subtils pourrait également aider à prévoir les futures éruptions rhyolitiques. Bien que les scientifiques aient progressé dans la détection des signes avant-coureurs d’une éruption volcanique, il reste beaucoup à faire car les fausses alertes sont nombreuses.
Source : Adapté d’un article publié sur le site Science.org.

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As I often wrote on this blog, we know details about the surface of other planets like Mars, Jupiter or Venus, but we know very little about the bottom of our oceans or about the inner structure of our own planet. In particular, we have never observed magma below the Earth’s surface.A project about to start in Iceland might help to improve our knowledge in that field.

The site of the research is the Víti crater, a small craterfilled with a lake within Krafla volcano’s 10-kilometre caldera.

In 2009, drillers trying to tap hot water for geothermal energy in this region of Iceland accidentally pierced a hidden magma chamber. Following a powerful emission of steam and glass shards from quenched magma, the borehole created the hottest geothermal well ever measured, until the casing failed. However, the glassy bits from the 2009 drilling campaign hinted that the magma was not only liquid, but also circulating, interacting with melt lower down. But little was revealed about the magma chamber’s size or how long it had persisted.

This time, researchers are going to use hardier equipment to create the world’s only long-term magma observatory. Results could help explain how magma moves through the crust, while improving eruption forecasts. They could also shed light on how the continents formed and grew.

The project called Krafla Magma Testbed (KMT) is financed by the International Continental Scientific Drilling Program. With that support, along with several million dollars in funding from Iceland and other European science agencies, the project has just entered its preparation phase. The first borehole, costing as much as $25 million, could begin as soon as 2023.

As they are unable to study magma directly, volcanologists rely on surface measurements from seismometers, GPS sensors, and radar satellites to guess its movements. They can examine ancient solidified magma chambers, but those remnants are incomplete,They can study lava at the surface, but the samples they collect have lost most of the trapped gases that drive eruptions and influence the magma’s original temperature, pressure, and composition. Crystals, inclusions, and bubbles in the hardened lava hold clues to its original state. But a sample from the Krafla chamber will tell researchers whether those estimates really reliable. Getting a sample will also reveal the true nature of the magma chamber.

KMT will also help answer basic questions about the raw material of continental crust. The world’s sea floors, and much of Iceland, take shape from basaltic magma, much the same stuff that exists in the mantle. But the granite rocks of the continents form from a silica-rich “rhyolitic” magma that is thought to lie below the KMT site. No one is sure how the continent-forming magma originates; one idea is that basaltic magma gets altered by seawater, remelts, and eventually erupts from volcanoes as rhyolite. Samples of rhyolite from basalt-dominated Iceland could provide a window on how this process works worldwide.

KMT intends to collect multiple samples over time and embed sensors in and near the magma to measure heat, pressure, and even chemistry despite temperatures of more than 1000°C. KMT’s drilling partners are testing flexible couplings that can allow the steel liner of the well to expand and contract with extreme heat. And others are developing innovative electronics to withstand the heat and pressure, which could someday be used on Venus.

The technologies could also benefit Iceland’s many geothermal energy companies. Getting closer to magma could dramatically increase the power potential of individual wells, as was clearly seen with the accidental 2009 well, which on its own could have powered a small city.

The large amounts of water injected to cool and lubricate the drill will likely perturb the volcanic system a bit, and geophysicists will be watching closely. Changes in the speed of seismic waves after drilling could reveal the magma’s extent, Watching these subtle changes could also help with predicting future rhyolite eruptions. Although scientists have made progress at detecting a volcano’s warning signs, false alarms abound.

Source: Adapted from an article published on the website Science.org.

 

Le lac Viti

Géothermie dans la région du Krafla

Dans la caldeira du Krafla

Photos: C. Grandpey

Nouvelles recherches sur l’histoire éruptive de Yellowstone // More research about Yellowstone eruptive history

La surveillance des volcans aux États-Unis est une priorité pour l’USGS qui est en train de mettre en place un système d’alerte volcanique à l’échelle du pays. Le système permettra aux scientifiques de mieux contrôler les volcans dangereux aux États-Unis en modernisant et en étendant les réseaux de surveillance existants, notamment à l’aide de sismomètres large bande, de récepteurs GPS effectuant des mesures en continu et en temps réel, et de capteurs de gaz volcaniques. De nouveaux réseaux sont également en train d’être installés sur des volcans mal surveillés jusqu’à présent, comme le Mont Baker dans l’Etat de Washington. Yellowstone fait partie de ces efforts pour améliorer la surveillance des volcans américains.
La plupart des articles de presse sur Yellowstone affirment que le volcan est en retard dans son processus éruptif et qu’une éruption majeure pourrait survenir à court terme. Le super volcan de Yellowstone a provoqué une éruption cataclysmale il y a environ 613 000 ans. Il a alors a rejeté environ 1 000 kilomètres cubes de matériaux, ce qui représente plus du double du volume du Lac Érié et 2 500 fois le volume de matériaux émis pendant l’éruption du Mont St. Helens en 1980.
Depuis la dernière super éruption, le volcan de Yellowstone a connu de nombreuses éruptions de moindre importance avec émissions de coulées de rhyolite. Les scientifiques de l’USGS essayent maintenant de mieux appréhender ces événements de moindre envergure afin de comprendre les dangers liés au système magmatique du volcan de Yellowstone.
Selon le California Volcano Observatory, le super volcan a connu au moins 28 éruptions de rhyolite au cours des 610 000 dernières années. Ce ne sont pas des éruptions mineures car elles ont donné naissance à des coulées de lave avec des volumes allant de 0,42 à 71 km3. En comparaison, le Mont St. Helens a vomi 0,25 kilomètre cube de matériaux en 1980.
Les scientifiques espèrent savoir si ces coulées de lave ont été produites lentement au fil du temps, ou si elles proviennent de courtes éruptions réparties sur un bref laps de temps. Si les éruptions sont regroupées dans le temps, la survenue d’une première éruption peut indiquer que d’autres peuvent se produire à brève échéance.
Les chercheurs ont utilisé une technique de datation basée sur la désintégration du potassium 40 radioactif en argon 40 radioactif ; elle permet de savoir à quel moment la roche s’est cristallisée et donc de calculer l’époque à laquelle elle est apparue.
En analysant les roches volcaniques de Yellowstone, les chercheurs ont découvert que les coulées de rhyolite étaient «fortement concentrées dans le temps», avec des éruptions qui se sont produites par épisodes. Au cours de l’une des phases d’activité, il y a eu sept éruptions sur une période d’environ 1 000 ans. L’équipe scientifique espère maintenant affiner ces recherches et les intégrer dans l’évaluation des risques volcaniques à Yellowstone.
Source: USGS, Newsweek.

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Monitoring volcanoes across the U.S. is a priority for the USGS, and the agency is currently in the process of establishing a National Volcano Early Warning System. The system will help scientists better monitor all dangerous volcanoes in the U.S. by modernizing and expanding its networks using broadband seismometers, real-time continuous GPS receivers and volcanic gas sensors, among other technologies. New networks are also being introduced to poorly monitored volcanoes like Mount Baker in Washington. Yellowstone is part of these efforts to better monitor U.S. volcanoes.

Most press articles about Yellowstone affirm that the volcano is overdue in its eruptive history and that a major eruption might occur in the short term. The Yellowstone supervolcano produced a huge eruption around 613,000 years ago, when it ejected about 1,000 cubic kilometres of material. This is more than double the volume of Lake Erie, and 2,500 times bigger than the 1980 eruption of Mount St. Helens.

Since that time, the Yellowstone volcano has produced many more smaller eruptions of rhyolite lava flows. USGS scientists are now working to better understand these smaller events in order to understand the hazards posed by the magmatic system at Yellowstone.

According to the California Volcano Observatory, the super volcano has produced at least 28 rhyolite eruptions over the last 610,000 years. These were not small eruptions as they produced lava flows ranging from 0.42 to 71 cubic kilometres. In comparison, Mount St. Helens produced 0.25 cubic kilometres of material.

What scientists are hoping to work out is whether these lava flows were produced slowly over time, or whether it came from short, clustered eruptions. If eruptions are clustered in time then the occurrence of one eruption may indicate that the next eruption may follow closely.

Researchers used a dating technique based on the decay of the radioactive potassium-40 to radioactive argon-40, which can tell them when the rock crystalized, allowing them to work out time of origin.

By analyzing the volcanic rocks at Yellowstone, researchers discovered that rhyolite lava flows were “highly clustered in time,” with eruptions taking place in episodes. In one phase of activity there were seven eruptions over a period of around 1,000 years. The scientific team now hopes to further refine these episodes and build this into volcanic hazard assessments for Yellowstone.

Monitoring volcanoes across the U.S. is a priority for the USGS, and the agency is currently in the process of establishing a National Volcano Early Warning System. The system will help scientists better monitor all dangerous volcanoes in the U.S. by modernizing and expanding its networks using broadband seismometers, real-time continuous GPS receivers and volcanic gas sensors, among other technologies. New networks are also being introduced to “under-monitored” volcanoes like Mount Baker in Washington.

“Improvements to volcano monitoring networks allow the USGS to detect volcanic unrest at the earliest possible stage,” Tom Murray, the USGS Volcano Science Center director, said in a statement. “This provides more time to issue forecasts and warnings of hazardous volcanic activity and gives at-risk communities more time to prepare.”

Source : USGS, Newsweek.

Coulées de lave et dépôts de rhyolite à Yellowstone (Photos: C. Grandpey)