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À la recherche des caldeiras sous-marines // In search of underwater calderas

J’ai souvent écrit sur ce blog que nous connaissons mieux la surface de la planète Mars que les profondeurs des océans terrestres. C’est dommage, car c’est au fond de nos océans que se trouvent les zones de subduction, à l’origine de séismes destructeurs et de puissantes éruptions.
Il est bien connu que la majeure partie de l’activité volcanique terrestre se déroule sous la surface des océans. Pourtant, les cicatrices laissées par les éruptions sous-marines restent en grande partie invisibles.
Au travers d’une étude assistée par intelligence artificielle portant sur les fonds marins, une équipe scientifique dirigée par le volcanologue Andrea Verolino, de l’université Paris-Saclay (France), a identifié 73 caldeiras volcaniques jusqu’alors inconnues, dissimulées au fond des océans.
Rappelons que les caldeiras sont de vastes dépressions semblables à des cratères ; elles se forment lorsqu’un volcan vide sa chambre magmatique et que le sol en surface s’effondre sur lui-même. Certaines caldeiras sont éteintes depuis longtemps, mais d’autres témoignent de systèmes volcaniques susceptibles d’entrer à nouveau en éruption.
Dans un article publié dans la revue Communications Earth & Environment, les chercheurs expliquent que leur «ensemble de données comble un vide majeur en matière d’observation et fournit un cadre reproductible et évolutif pour la caractérisation des volcans sous-marins, soulignant la nécessité d’intégrer les caldeiras sous-marines dans les futures évaluations mondiales du volcanisme ».
L’essentiel de l’activité volcanique terrestre se produit sous la mer, là où les plaques tectoniques s’écartent, entrent en collision ou glissent les unes sous les autres. Ces zones de contact dynamiques permettent au magma de remonter vers la surface, édifiant des volcans sur les fonds océaniques.
Si la majeure partie de l’activité volcanique sous-marine consiste en des éruptions basaltiques relativement modérées le long des dorsales océaniques, les caldeiras sous-marines peuvent parfois générer des éruptions colossales accompagnées de tsunamis, d’ondes de choc, de panaches de cendres et d’énormes quantités de vapeur lorsqu’elles se produisent dans les profondeurs de l’océan. L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Haʻapai, dans l’archipel des Tonga en 2022, fut d’une ampleur considérable. Elle a généré des ondes de pression atmosphérique atteignant l’espace, des tsunamis, et causé des dégâts à des milliers de kilomètres de distance. J’ai consacré plusieurs notes à cet événement.
Si nous ignorons où se trouvent ces caldeiras sous-marines, nous ne pouvons pas savoir lesquelles ont besoin d’être surveillées. Avant cette nouvelle étude, moins de 30 caldeiras avaient été répertoriées sous les océans. Pour combler ce vide dans nos connaissances, l’équipe scientifique de l’Université Paris-Saclay a adapté un algorithme initialement prévu pour détecter des cratères d’impact sur Mars et les chercheurs l’ont appliqué à des cartes bathymétriques, c’est-à-dire des cartes représentant la topographie des fonds marins.
L’algorithme a d’abord repéré 87 435 caldeiras potentielles. Toutefois, la plupart d’entre elles se sont révélées être fausses. En appliquant une série de filtres puis en examinant manuellement les candidats restants, les chercheurs ont réduit leur liste finale à 78 caldeiras probables. Cinq de ces caldeiras – comme la caldeira de Niuatahi – étaient déjà connues comme étant des caldeiras sous-marines. Cela a confirmé que la méthode était parfaitement adaptée à détecter des formations réelles.

Bathymétrie de la caldeira connue de Niuatahi, dans l’archipel des Tonga. (NOAA)

Cela signifie que les chercheurs ont découvert 73 caldeiras potentielles jusqu’alors inconnues. Si elle est confirmée, cette découverte permettra de plus que tripler le nombre de caldeiras sous-marines connues. Par ailleurs, l’algorithme pourrait être affiné pour en détecter davantage à l’avenir.
Ces découvertes révèlent également les zones où les caldeiras sous-marines sont le plus susceptibles de se former. Huit des structures nouvellement identifiées se situent au niveau de dorsales océaniques, à la frontière entre deux plaques tectoniques. Neuf caldeiras ont été repérées dans des arcs volcaniques. Enfin, 61 autres se trouvent dans des contextes tectoniques intraplaques.
Selon les chercheurs, sept de ces nouvelles caldeiras représentent des cibles d’intérêt pour de futures explorations ; en effet, leur localisation, leur profondeur et leur forme laissent supposer qu’elles pourraient jouer un rôle clé dans la compréhension des risques volcaniques sous-marins.
Il convient de noter que l’étude n’a pas cherché à déterminer si l’une de ces caldeiras était actuellement active. Toutefois, plusieurs études récentes ont montré que même des volcans considérés comme éteints peuvent se remplir discrètement de magma et redevenir actifs.
Source : ScienceAlert

Carte extraite de l’étude et montrant les nouvelles caldeiras

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I have often written on this blog that we know the surface of Mars better than the depths of Earth’s oceans. It’s a pity because deep in our oceans are located subduction zones that are the source of destructive earthquakes and powerful eruptions.

It is well known that most of Earth’s volcanic activity takes place underwater. Yet the scars those volcanoes leave behind are largely hidden.

Through an AI-assisted search of the seafloor, a scientific team led by volcanologist Andrea Verolino of Paris-Saclay University in France has identified 73 previously unknown volcanic calderas hidden beneath Earth’s oceans.

It is useful to remind that calderas are vast crater-like depressions left when a volcano empties enough of its underground magma chamber for the ground above to collapse in on itself. Some are long extinct, but others mark volcanic systems that could erupt again.

In a document published in Communications, Earth & Environment, the researchers explani that their »dataset fills a major observational gap and provides a reproducible, upgradeable framework for submarine volcano characterization, underscoring the need to incorporate submarine calderas into future global volcanic assessments. »

Most of Earth’s volcanic activity takes place beneath the sea, where tectonic plates are constantly pulling apart, colliding, and sliding beneath one another. These restless boundaries allow magma to rise toward the surface, building volcanoes across the ocean floor.

Most of the submarine volcanic activity consists of relatively gentle basaltic eruptions along spreading ridges, but every now and then, submarine calderas can generate enormous eruptions, tsunamis, shock waves, ash plumes, and tremendous amounts of steam as they explode deep under the ocean. The 2022 Hunga Tonga-Hunga Haʻapai event in the Tongan archipelago was enormous. It produced atmospheric pressure waves that reached space, widespread tsunamis, and damage thousands of kilometers away. I have written several posts about this explosion.

If we don’t know where submarine calderas are, we can’t know which ones deserve closer monitoring. Before the new study, fewer than 30 had been documented beneath the oceans.

To address this gap in our knowledge, the scientific team from Paris-Saclay University adapted an algorithm that was originally trained to detect impact craters on Mars, and applied it to bathymetric maps, namely maps that record the topography of the seafloor.

The algorithm initially flagged 87,435 possible formations. However, most of those were false alarms. By applying a series of filters and then manually inspecting the remaining candidates, the researchers narrowed their final list down to 78 likely calderas. Five of the candidates were already recognized as submarine calderas, lending confidence that the method can successfully identify real examples.

This means that the researchers found 73 possible calderas that we didn’t know about before. If confirmed, their discovery would more than triple the number of known submarine calderas, and the algorithm may be refined to find even more in the future.

The discoveries also reveal where submarine calderas are most likely to occur. Eight of the newly found features are at mid-ocean ridges at the boundary between two tectonic plates. Nine calderas are identified in volcanic arcs. 61 others are located in interior tectonic settings.

The researchers also highlighted seven of the newly identified calderas as interesting targets for future exploration because their location, water depth and shape suggest they could be important for understanding submarine volcanic hazards.

It’s important to note that the study did not assess whether any of these calderas are currently active. However, several recent studies have found that even volcanoes we think are extinct may be quietly refilling with magma and may become active in the future.

Source : ScienceAlert.

https://www.sciencealert.com/

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)

Une nouvelle carte des fonds océaniques // A new map of the Earth’s ocean floor

drapeau francaisComme je l’ai souvent écrit, nous savons souvent plus de choses sur les autres planètes que sur la nôtre. La NASA a montré de nombreuses images spectaculaires de la planète Mars alors que nous ne savons pratiquement rien sur les profondeurs extrêmes de nos océans.
Cependant, une nouvelle carte topographique du plancher océanique terrestre publiée le 2 octobre dans la revue Science par la Scripps Institution of Oceanography va probablement permettre aux scientifiques de mieux comprendre les profondeurs cachées de notre planète. La nouvelle carte révèle des milliers de volcans impressionnants, des fractures jusque là inconnues et d’autres éléments géologiques recouverts par des kilomètres d’eau et de sédiments.
Par rapport à la carte précédente éditée en 1997, la résolution est bien meilleure, faisant apparaître beaucoup mieux les zones côtières et les régions de l’Arctique. La topographie des fonds marins a été réalisée à partir d’un modèle du champ de gravité de l’océan qui s’appuie également sur l’altimétrie définie par les satellites Jason-1 et Cryosat-2.
Avec la nouvelle carte, le nombre de volcans dans le monde a augmenté de façon spectaculaire. Par exemple, le nombre de volcans sous-marins est passé de 5 000 à 20000 ! La carte montre tous les édifices volcaniques sous-marins de plus de 1,5 km de hauteur.
Certains édifices appartiennent à des chaînes linéaires, mais beaucoup ne correspondent pas à ce profil. Cela laisse supposer que ces volcans ne sont pas entrés en éruption au-dessus d’un panache mantellique. Certains scientifiques pensent que les panaches mantelliques n’existent pas, mais, comme pour le changement climatique, la majorité des chercheurs sont d’accord sur le concept et leurs avis divergent sur les détails. Un travail de recherche sur l’agencement des volcans sous-marins nouvellement identifiés permettra peut-être d’apporter des réponses.
Le mouvement des plaques tectoniques a modelé les fonds marins. On observe notamment des dorsales et des zones de fracture, là où les plaques s’écartent et où la lave se fraye un chemin vers la surface. Pour la première fois, la topographie du plancher océanique mondial fait apparaître les collines abyssales. Bien que leur origine soit encore débattue, les scientifiques pensent que c’est la combinaison de failles et de volcanisme qui a donné naissance à ces collines.
Le long des côtes, la carte révèle des failles et des fractures enfouies sous les épaisseurs de boue et de sable vomies par les continents. En particulier, on perçoit de nouveaux détails dans les zones de fracture entre l’Amérique du Sud et l’Afrique. On peut maintenant voir les failles transformantes ainsi que les zones de fractures qui s’étendent jusqu’aux marges continentales actuellement enfouies sous les sédiments et qui étaient invisibles jusqu’à maintenant. .
De même, dans le Golfe du Mexique, les chercheurs ont identifié une ancienne dorsale d’accrétion qui est aujourd’hui enfouie sous plusieurs kilomètres de sédiments. Cette dorsale a ouvert le golfe il y a environ 150 millions d’années, quand la péninsule du Yucatan a pivoté dans le sens antihoraire par rapport à l’Amérique du Nord.
Grâce à une amélioration importante de la précision, la carte de la Scripps Institution permettra de nouvelles découvertes de structures tectoniques, notamment dans les régions recouvertes d’épaisses couches de sédiments.
Source: Live Science.

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drapeau anglaisAs I have often written, we know other planets better than our own. NASA has shown dramatic pictures of Mars whereas we know nothing about the abysses of our oceans.

However, a new topographic map of the Earth’s ocean floor released on October 2nd in the journal Science by the Scripps Institution of Oceanography will probably help scientists better understand the hidden depths of our planet. The new map reveals thousands of impressive volcanoes, hidden faults and other features once veiled by kilometres of water and thick sediment.

Compared with the previous 1997 map, the resolution is twice as accurate, especially in coastal areas and the Arctic regions. The seafloor topography comes from a gravity model of the ocean, which is in turn based on altimetry from the Jason-1 and Cryosat-2 satellites.

With the new map, the number of volcanoes around the world has increased dramatically. For instance, the number of seamounts has soared from around 5,000 to about 20,000. The map captures all seamounts more than 1.5 kilometres tall.

Some of the new seamounts appear in linear chains, but many do not. This suggests the volcanoes did not erupt above a mantle plume. Some scientists think mantle plumes don’t exist, but, as with climate change, the majority of researchers agree on the concept but argue about the details. Finding patterns in the newly identified seamounts may help resolve the debate.

The motion of the Earth’s tectonic plates created very distinct features on the seafloor. These include spreading ridges and fracture zones, where the massive plates pull apart and lava oozes to the surface. For the first time, the global seafloor topography captures the abyssal hills. While the secrets of the origin are still debated, scientists think a combination of faulting and volcanism at spreading ridges creates the hills.

Along coastlines, the map reveals faults and fractures buried under thick piles of mud and sand pouring off the continents. In particular, it shows new details in fracture zones that extend from South America to Africa. One can now see transform faults or fracture zones all the way up to the continental margins that are currently buried by sediments, and that couldn’t be seen before.  .

Similarly, in the Gulf of Mexico, the researchers identified an ancient spreading ridge now buried under kilometres of sediment. The spreading ridge opened the gulf about 150 million years ago, when the Yucatan Peninsula pivoted counter-clockwise from North America.

Thanks to a major improvement in accuracy, the map will lead to more discoveries of tectonic features, especially in regions with thick sediments.

Source: Live Science.

Seafloor-blog

Source:   Scripps Institution of Oceanography.