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Le « Polarstern » et l’expédition MOSAiC (suite / continued)

Dans une note publiée le 12 mai 2020, j’expliquais que l’expédition MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) est la plus importante jamais mise sur pied dans l’Arctique. Le 20 septembre 2019, le Polarstern, navire amiral de l’Institut Alfred Wegener, a levé l’ancre dans le port de Tromsø en Norvège, pour rejoindre le cœur de l’Océan Arctique et y faire des mesures scientifiques. La mission implique 600 chercheurs de dix-sept pays. Une fois sur place, le Polarstern s’est laissé emprisonner par les glaces et s’est laissé dériver vers le sud.

A côté des 50 membres de l’équipage, une cinquantaine de scientifiques effectue des recherches sur 5 principaux domaines d’intérêt (atmosphère, océan, glace de mer, écosystème, biogéochimie).

L’équipe scientifique est renouvelée tous les deux mois ; les successeurs, acheminés par des brise-glace russes, chinois et suédois, assurent également une partie du ravitaillement.

En septembre 2020, libéré des glaces, le Polarstern retournera en Allemagne et retrouvera Bremerhaven, son port d’attache.

Le problème, c’est que personne n’avait prévu l’épidémie de Covid-19 qui est venue tout chambouler car les équipes ne peuvent pas se relayer comme prévu et la mission a pris deux mois de retard. La prochaine équipe scientifique devrait arriver ce début juin dans l’archipel norvégien du Svalbard. Le Polarstern devrait donc bientôt débarquer une centaine de chercheurs internationaux. Il prendra alors à son bord une centaine de leurs collègues, dont le chef de la mission. Ce climatologue et physicien, qui a déjà effectué un premier séjour de septembre à janvier à bord du navire, avait élaboré avec son équipe plus d’une dizaine de scénarios en cas d’imprévu durant les 390 jours de l’expédition.

Initialement, la nouvelle équipe, composée d’experts d’une douzaine de pays différents, devait rejoindre le Polarstern début avril, en avion, depuis les Svalbard. La fermeture des frontières ayant cloué les appareils au sol, les responsables de la mission ont finalement décidé d’acheminer les scientifiques, ainsi que des vivres et du carburant, par bateau jusqu’à Spitzberg. Le Polarstern de son côté a interrompu quelques semaines ses recherches pour venir chercher sa nouvelle équipe.

La deuxième grosse difficulté à laquelle a été confrontée la mission, c’était de s’assurer que le virus ne se répande pas parmi les membres de l’expédition. Pour cela, une quarantaine stricte de plus de 14 jours a été imposée à toute la nouvelle équipe dans deux hôtels de Bremerhaven entièrement loués pour eux. Les scientifiques ont subi trois tests de dépistage du Covid-19.

Source : France Info.

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In a post released on May 12th, 2020, I explained that the Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC) expedition is the largest ever set up in the Arctic. On September 20th, 2019, the Alfred Wegener Institute’s flagship Polarstern weighed anchor in the port of Tromsø in Norway to reach the heart of the Arctic Ocean for scientific measurements. The mission involves 600 researchers from seventeen countries. Once there, the Polarstern got caught in the ice and strated drifting south.
In addition to the 50 crew members, around fifty scientists are carrying out research on 5 main areas of interest (atmosphere, ocean, sea ice, ecosystem, biogeochemistry).
The scientific team is renewed every two months; successors, routed by Russian, Chinese and Swedish icebreakers, also provide part of the supply.
In September 2020, freed from the ice, the Polarstern will return to Germany and find Bremerhaven, its home port.

The problem is that no one had foreseen the Covid-19 epidemic which turned everything upside down because the teams could not take turns as planned and the mission was two months behind schedule. The next scientific team is expected to arrive in early June in the Norwegian Svalbard archipelago. The Polarstern should therefore soon land a hundred international researchers. It will then take on board a hundred of their colleagues, including the head of the mission. This climatologist and physicist, who already made a first stay from September to January on board the ship, worked out with his team more than ten scenarios in case of unforeseen events during the 390 days of the expedition.
Initially, the new team, made up of experts from a dozen different countries, was to join the Polarstern in early April, by plane, from the Svalbards. With the border closures having grounded the aircraft, mission officials finally decided to ship the scientists, along with food and fuel, by boat to Spitsbergen. The Polarstern, for its part, interrupted its research for a few weeks to pick up its new team.
The second major challenge facing the mission was to ensure that the virus did not spread among the members of the expedition. For this, a strict quarantine of more than 14 days was imposed on the whole new team in two hotels in Bremerhaven fully rented for them. Scientists underwent three tests for Covid-19.
Source: France Info.

Le Polarstern (Source: Alfred Wegener Institute)

Les sources chaudes de Yellowstone et le coronavirus // Yellowstone hot springs and COVID-19

Les sources chaudes et les geysers du Parc National de Yellowstone sont l’un des hauts lieux du tourisme aux États-Unis. Cependant, très peu de visiteurs savent que ces sources contiennent des éléments essentiels à la science. Une fois encore, la Nature peut aider à sauver des vies.
Au cours de cinq visites à Yellowstone – dont une avec des mesures de température pour le compte de l’Observatoire – j’ai pris des centaines de photos des geysers, des sources chaudes et des mares de boue. On me demande souvent dans mes conférences pourquoi ces sources ont des couleurs aussi vives. J’explique qu’elles sont dues aux bactéries thermophiles (elles aiment la chaleur de l’eau) qui colonisent les sources chaudes. Ces couleurs extraordinaires varient également en fonction de la température de l’eau: bleu, jaune, orange, vert
Un article très intéressant sur le site Web du National Geographic nous apprend que certaines bactéries découvertes à Yellowstone sont utilisées en science, et plus particulièrement en science médicale. Un microbiologiste a découvert un jour un microbe qui produit des enzymes capables de résister remarquablement bien à la chaleur. Aujourd’hui, ces enzymes sont un élément clé de la réaction en chaîne par polymérase – Polymerase Chain Reaction ou PCR – une méthode utilisée dans les laboratoires du monde entier pour étudier de petits échantillons de matériaux génétiques en faisant des millions de copies. Cette technique est actuellement utilisée pour augmenter le signal des virus dans la plupart des tests disponibles pour le COVID-19.
Alors que le nouveau coronavirus se propage sur toute la planète, les tests sont devenus le coeur du suivi et du ralentissement de la pandémie. Il ne faudra donc oublier que le processus de PCR, partie essentielle du test, relativement simple et rapide, a pu être réalisé grâce à un groupe de bactéries qui prospèrent dans les sources chaudes de Yellowstone.
Une autre bactérie découverte à Yellowstone est le Thermus aquaticus. Cette bactérie a révolutionné la biologie moléculaire en donnant aux scientifiques un nouvel outil pour manipuler et étudier l’ADN. Depuis la découverte de la double hélice de l’ADN en 1953, les scientifiques n’ont eu de cesse d’étudier ces minuscules molécules génétiques. Pour mieux comprendre les différents types d’ADN, les scientifiques avaient besoin d’échantillons à grande échelle.
Dans les années 1980, une nouvelle technique a été élaborée pour imiter la façon dont une cellule copie naturellement son ADN pour croître et se diviser. L’ADN doit être chauffé puis refroidi dans un cycle permanent, ce qui double plus ou moins chaque fois le nombre de copies génétiques. Le problème, c’est que dans les premières expériences, les températures élevées de chaque cycle endommageaient l’ADN polymérase nécessaire pour faire ces copies.
Les chercheurs ont réalisé qu’une enzyme des bactéries Yellowstone pouvait survivre aux cycles de chauffage et de refroidissement et accélérer le processus. Au fil des ans, de telles enzymes ont permis aux scientifiques d’automatiser le processus de copie d’ADN. Désormais, les chercheurs sont capables de produire des centaines de millions de copies génétiques en quelques heures. Le test du COVID-19 utilise ce même processus, mais en intégrant quelques étapes supplémentaires.
Ces découvertes ont permis à la science de progresser à grands pas. Les scientifiques savent maintenant que les microbes ont mis au point des techniques uniques pour pouvoir se développer dans presque tous les environnements extrêmes de la Terre, que ce soit les sources chaudes de Yellowstone ou les fumeurs noirs au fond des océans. Ces organismes contiennent une mine de mécanismes biologiques jusque-là inimaginables. Il ne reste plus q’à les découvrir et les exploiter !
Source: National Geographic.

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Yellowstone hot springs and geysers are one of the highlights of tourism in the United States. However, very few visitors realise that these springs contain elements that are critical in science. Once again, Nature can help to save lives.

Having visited Yellowstone five times – once on behalf of the Observatory to take temperature measurements –, I have hundreds of photos of the geysers, hot springs and mud pools. I am often asked in my conferences about the cause of their vivid colours. I explain that they are due to the thermophile bacteries (they love the heat of the water) that colonise the hot springs. These colours are also different according to the water temperature : blue, yellow, orange, green

An interesting article on the National Geographic website explains that certain species of bacteria have been used in science, and more particularly medical science. A microbiologist once discovered a microbe that produces unusual heat-resistant enzymes. Today, those enzymes are a key component in polymerase chain reaction, or PCR, a method used in laboratories around the world to study small samples of genetic material by making millions of copies. This technique is currently being used to boost the signal of viruses in most of the available tests for COVID-19.

As the novel coronavirus sweeps around the world, testing has become the crux of tracking and slowing the extension of the pandemic. The PCR process that is an essential part of the test is relatively simple and quick, thanks to a cluster of bacteria thriving in the thermal pools of Yellowstone.

Another example of the importance of Yellowstone bacteria is the Thermus aquaticus which has revolutionised molecular biology by giving scientists a new tool to manipulate and study DNA. Since the discovery of DNA’s double helix in 1953, scientists have grappled with the challenge of studying these tiny genetic molecules. To see and understand different types of DNA, scientists needed large scale samples.

In the 1980s, a new technique was developed to mimic the way a cell naturally copies its DNA to grow and divide. The DNA has to be heated and then cooled in a cycle again and again, each time roughly doubling the number of genetic copies. But in early experiments, the high temperatures of each cycle damaged the DNA polymerase needed to make those copies.

The researchers realised that an enzyme from the Yellowstone bacteria could survive the cycles of heating and cooling and speed up the process. Over the years, these enzymes have allowed scientists to automate the DNA-copying process. Now, researchers can produce upward of hundreds of millions of genetic copies in hours. The COVID-19 test uses this same process—but with a few additional steps.

Such discoveries have made a world of difference. Scientists now know that microbes have perfected unique ways to make a living in nearly every extreme environment on Earth, from Yellowstone’s hot pools to the black smokers of the deep sea. These organisms contain a trove of previously unimagined biologic mechanisms just waiting to be found.

Source : National Geographic.

Photos: C. Grandpey

L’éruption mystère des Champs Phlégréens (Italie) // The mystery eruption of the Phlegrean Fields (Italy)

Les Campi Flegrei – Champs Phlégréens en français – sont considérés comme l’un des volcans les plus dangereux sur Terre, d’autant plus qu’il se situe à la périphérie de Naples, dans une région densément peuplée. Les Champs Phlégréens forment une vaste caldeira de 13 km de large au sein de laquelle on trouve de nombreux anneaux de tuf phréatique et des cônes pyroclastiques. La région est bien connue pour ses épisodes bradysismiques qui se caractérisent par des soulèvements et des affaissements du sol. On peut parfaitement voir les signes de ce phénomène sur les colonnes du temple de Sérapis à Pouzzoles. La dernière éruption des Champs Phlégréens a eu lieu en 1528.
Dans une récente étude publiée dans la revue Geology, des chercheurs de l’Université d’Oxford ont fait remonter aux Champs Phlégréens une éruption préhistorique de grande envergure qui avait recouvert de cendre la Méditerranée il y a 29 000 ans. Ce qui est intéressant, c’est que les recherches ont réduit considérablement l’intervalle de temps qui sépare les éruptions de ce volcan.
L’étude britannique situe le moment de cette éruption majeure entre deux éruptions bien connues des Champs Phlégréens, il y a 15 000 et 40 000 ans. Depuis la fin des années 1970, les scientifiques ont identifié une couche de cendre volcanique préhistorique dans des carottes de sédiments extraites de sites couvrant une superficie de 150 000 km2 en Méditerranée centrale. Cette couche de cendre indique clairement qu’une grande éruption volcanique a eu lieu. Bien que la région soit bien connue pour ses nombreux volcans actifs, tels que le Vésuve, les scientifiques n’avaient encore pas réussi à faire correspondre cette couche de cendre plus ancienne et plus étendue à un volcan ou une éruption spécifique.
Les chercheurs de l’Université d’Oxford ont identifié un dépôt de matériaux  riche en cendre dans la ville de Naples, produit par les Champs Phlégréens, et dont la composition chimique correspond à la couche de cendre préhistorique identifiée dans la région méditerranéenne.
Les scientifiques ont éprouvé des difficultés pour attribuer de manière irréfutable ces retombées de cendre aux Champs Phlégréens car il y existait peu de preuves d’une importante éruption à proximité du volcan. Cela est dû en partie au fait qu’une puissante éruption plus récente avait enseveli la région de Naples sous une épaisse couche de cendre qui dissimulait en grande partie les preuves de cet événement plus ancien. En établissant un lien entre l’épaisseur des dépôts de cendre trouvés à Naples et ceux conservés dans des carottes de sédiments prélevées en Méditerranée centrale, il a été possible d’apporter des preuves sur l’envergure de cette éruption majeure.
L’étude montre l’importance de prendre en compte les retombées de cendre retombées à une grande distance du volcan lorsque l’on essaye de retrouver le moment et l’ampleur des éruptions explosives du passé.
Source: Université d’Oxford, The Watchers.

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The Campi Flegrei – or Phlegrean Fields – are considered as one of the most dangerous volcanoes in the world, all the more as they are located on the outskirts of Naples, in a densely populated area. The Phlegran Fields form a large 13-km-wide caldera that contains numerous phreatic tuff rings and pyroclastic cones. The region is well known for its bradyseismic episodes characterised by dramatic uplift and subsidence of the ground. Signs of thesde events can be clearly seen on the columns of Temple of Serapis in Pozzuoli. The last eruption of this volcano took place in 1528.

In a recent study published in the journal Geology, University of Oxford researchers have traced the origin of a large-scale pre-historic eruption that blanketed the Mediterranean region in ash 29 000 years ago to the Phlegrean Fields volcano. What is interesting is that the research drastically reduces the volcano’s eruption recurrence interval.

This research positions the timing of this large-scale eruption between two well-known large-scale eruptions of the volcano, at 15 000 and 40 000 years ago, drastically reducing the recurrence interval of large magnitude eruptions at the volcano.

Since the late 1970s scientists have identified the same pre-historic volcanic ash layer in sediment cores extracted from sites ranging across 150 000 km2 of the central Mediterranean. This widespread ash layer clearly indicated a large volcanic eruption. Although the region is well known for its many active volcanoes, such as Mount Vesuvius, scientists had failed to confidently match this older, far-ranging ash deposit to a specific volcano or eruption.

The University of Oxford reserachers have identified an ash rich-eruption deposit within the city of Naples which was produced by the Phlegean Fields and has a chemical composition that matches the prehistoric ash layer traced across the Mediterranean region.

It was difficult to reliably attribute this major ashfall event to the Phlegean Fields because there was limited evidence for a large eruption close to the volcano. This was in part because a more recent large-scale eruption of the volcano buried the Naples area in a thick ash deposit, largely concealing the evidence of this older event. By linking the thickness of the ash deposits found in Naples, to those preserved in cores from across the central Mediterranean, the model was able to demonstrate and provide important constraints on the size of this large magnitude eruption.

The study also highlights the importance of considering ashfall events preserved well away from the volcano when reconstructing the timing and scale of past explosive eruptions.

Source : University of Oxford, The Watchers.

Zone des Champs Phlégréens (Source: Wikipedia)

Kilauea (Hawaii): Quand l’éruption finira-t-elle ? // When will the eruption come to an end ?

Quand l’éruption finira-t-elle? C’est la question à laquelle seule Madame Pele est capable de répondre. Bien sûr, les scientifiques qui étudient actuellement l’éruption du Kilauea tireront de nombreuses leçons des événements qu’ils ont pu observer au sommet et sur l’East Rift Zone. Ils ont à leur disposition des technologies de pointe qui n’existaient pas pendant les éruptions de 1924, 1955 et 1960. Le HVO existe depuis plus de 100 ans et les techniques de surveillance du Kilauea ont beaucoup évolué. Les volcanologues ont utilisé de nouvelles méthodes pour évaluer la profondeur du lac de lave de l’Halema’uma’u, ou encore la hauteur des panaches et les particules de cendres. Les drones ont été essentiels à la cartographie des coulées de lave. Cette éruption marque probablement l’arrivée des drones en volcanologie grâce à leur capacité de collecter des données dans des zones dangereuses et inaccessibles. En plus, ils sont relativement bon marché et ne mettent pas des personnes en danger.
Cependant, même avec toutes ces nouvelles technologies et tous les scientifiques mobilisés pour étudier l’éruption du Kilauea, beaucoup de questions restent sans réponse, au moins pour l’instant.
Si la hausse de l’activité sismique, les déformations du sol et d’autres paramètres peuvent alerter les scientifiques sur l’imminence d’une éruption, les prévisions à plus long terme restent impossibles. Comme l’a dit un volcanologue: « Il est très difficile d’étudier un volcan et de prévoir la date de sa prochaine éruption, tout comme il est impossible de prévoir les séismes. On peut examiner le comportement d’un volcan dans le passé et voir à quelle fréquence il est entré en éruption, mais nous ne savons pas vraiment ce qui se passe sous terre.  »
La question que tout le monde se pose à l’heure actuelle est la suivante: Quand cessera l’éruption du Kilauea?
L’étude des éruptions les plus récentes peut fournir quelques indices. Les événements majeurs qui se sont produits sur l’East Rift Zone en 1840, 1955 et 1960 ont duré respectivement 26 jours, 88 jours et 36 jours. La journée d’aujourd’hui marque le 41ème anniversaire de la sortie de la lave dans les Leilani Estates. La plus longue des trois éruptions précédentes a duré un peu moins de trois mois. La plus longue éruption sommitale a duré 70 ans. L’éruption qui se déroule actuellement à Puna est très différente et la plupart des scientifiques pensent qu’il est peu probable qu’elle dure aussi longtemps.
Une évaluation approximative du volume de lave émis par l’éruption actuelle a été proposée au vu de la zone couverte le 5 juin. On estime que le volume de lave dans les Leilani Estates avait alors atteint 84,5 millions de mètres cubes, ce qui est inférieur aux éruptions de 1840 (205 millions de mètres cubes), de 1955 (87,6 millions de mètres cubes) et de 1960 (113,2 millions de mètres cubes). Il y a certes une marge d’erreur dans le chiffre proposé pour l’éruption actuelle, mais la quantité de lave émise – au moins jusqu’à présent – est loin des impressionnants volumes précédents.
Le magma de l’éruption actuelle est probablement issu du point chaud qui alimente habituellement les volcans hawaiiens et il ne peut pas être exclu que l’éruption des Leilani Estates donne naissance à une nouvelle bouche qui serait active sur le long terme, comme l’a été le Pu’u O’o. Cependant, ce n’est qu’une simple hypothèse, car personne ne sait comment évoluera l’éruption en cours.
Adapté d’un article dans le Honolulu Star Advertiser.

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When will the eruption come to an end? This is the question only Madame Pele is able to answer. Sure, scientists studying the current eruption of Kilauea will learn a lot from the events at the summit and along the East Rift Zone. They are benefiting from advanced technologies that were not available during corresponding events in 1924, 1955 and 1960. The Hawaiian Volcano Observatory has existed for more than 100 years and the technology has changed tremendously with new ways to monitor Kilauea. For instance, scientists have been using new techniques to track the depth of the Halemaumau lava lake, plume heights and ashfall particles. Drones have been essential to mapping lava flows. This eruption may be really the coming of age of drone technology being able to collect data from dangerous and inaccessible areas relatively cheaply and with minimal danger to people.

However, even with all the advanced science and staff mobilized to document and study the Kilauea eruption, many questions about the volcano will remain unanswered, at least for now.

Although increased seismic activity, ground movement and other signs can alert scientists to imminent eruptions, longer-term forecasts are still impossible. As one volcanologist put it: “It’s very difficult to look at a volcano and put a date on a calendar when it will erupt next, just like it’s impossible to predict earthquakes. You can look at what it’s done in the past and how frequently it’s erupted, but we don’t really know what’s going on underground.”

The most pressing question at the moment is: When will Kilauea stop erupting?

Studying previous eruptions most similar to the current one may provide some clues. Major East Rift Zone events in 1840, 1955 and 1960 lasted 26 days, 88 days and 36 days, respectively. Today marks the 40th day since lava emerged in the Leilani Estates. The longest of those three previous eruptions lasted just shy of three months. The longest eruption at the summit lasted 70 years. The current one down in Puna is very different, and most scientists think it is unlikely to last that long.

A rough calculation has been made of the volume of lava produced by the current eruption, based on the area covered as of June 5th. It is estimated the Leilani Estates flows put out 84.5 million cubic metres of lava, less than the eruptions of 1840 (205 million cubic metres), 1955 (87.6 million cubic metres) and 1960 (113.2 million cubic metres). The margin of error is big, but at least so far the amount of lava is far from the impressive previous volumes.

Magma is probably still being supplied from the hotspot and it cannot be excluded that the Leilani Estates eruption will become a new long-term vent, like Pu’u O’o. However, this is just a simple hypothesis as nobody knows about the future of the current eruption.

Adapted from an article in the Honolulu Star Advertiser.

Crédit photo: USGS