Roches volcaniques sur la planète Mars // Volcanic rocks on Mars

Comme je le dis très souvent, nous connaissons mieux la surface de Mars que le fond de nos propres océans. Le robot Perseverance de la NASA a atterri sur la Planète Rouge le 18 février 2021 dans le Cratère Jezero qui a été choisi par les scientifiques car on y trouve l’ancien delta d’un fleuve qui se déverse dans le cratère. Les scientifiques espèrent qu’un tel environnement fournira des informations sur la vie sur la planète il y a des milliards d’années.
Perseverance vient de découvrir des roches volcaniques ignées* sur le sol du cratère Jezero, ce qui a surpris les géologues qui s’attendaient à être confrontés à des roches sédimentaires formées de boue et de matériaux déposés par l’ancien lac qui emplissait le cratère il y a environ 3,7 milliards d’années. Selon eux, cette découverte pourrait être la clé pour comprendre l’histoire du climat sur Mars et révéler à quelle époque la planète avait un environnement humide et potentiellement habitable.
L’origine des roches ignées de Jezero reste un mystère, car il n’y a pas de relief volcanique dans ou à proximité du cratère. Perseverance a analysé deux formations de roche ignée baptisées Séítah (un mot Navajo signifiant « au milieu du sable ») et Máaz (mot Navajo pour « Mars »), la dernière nommée recouvrant la première. Séítah est riche en olivine, un minéral volcanique commun. On pense que Máaz s’est formée à partir de lave qui a recouvert Séítah.
Une étude menée par des scientifiques norvégiens de l’Université d’Oslo s’appuie sur les données fournies par le radar de Perseverance qui a pénétré le sol martien. Elles montrent que l’unité géologique où se trouvent Séítah et Máaz se prolonge en profondeur et a été partiellement soulevée, ce qui lui donne une inclinaison. On a affaire à une crête rocheuse de près d’un kilomètre de long et inclinée d’environ 10 degrés.
Cette découverte est surprenante car il faudrait des forces tectoniques puissantes pour provoquer une telle inclinaison; or, Mars n’a pas de tectonique des plaques, et rien ne prouve qu’une telle tectonique ait jamais existé. Les géologues disent que les roches ont subi cette inclinaison, après avoir été déposées, par un phénomène qui reste à déterminer.
Le lac a rempli le cratère Jezero quelque temps après la formation de Séítah et Máaz,. il les a recouvertes de boue qui a fini par former une épaisse couche de roche sédimentaire. Lorsque le climat de Mars a changé, le lac s’est asséché et a révélé les sédiments.
L’une des qualités de Perseverance est sa capacité à mettre de côté des échantillons de roche et de sol pour une future mission qui les récupérera et les rapportera sur Terre. La NASA et l’Agence Spatiale Européenne (ESA) travaillent sur une telle mission de retour d’échantillons qui devrait avoir lieu en 2028. Lorsqu’ils auront les roches dans leurs laboratoires, les scientifiques seront en mesure de fournir des dates beaucoup plus précises sur l’histoire géologique du cratère Jezero.
Une autre information essentielle que les échantillons pourraient fournir concerne la durée pendant laquelle Mars – ou du moins le cratère Jezero – a connu un environnement humide. Le fond du cratère ne présente pas les argiles qui se forment généralement lorsque la roche est exposée à beaucoup d’eau sur une longue période. Cela signifie que soit l’eau de Jezero a été présente sur une longue durée, mais était peu profonde, soit que le lac n’a pas existé très longtemps, du moins à l’échelle géologique. Cependant, les eaux souterraines ont pu exister beaucoup plus longtemps, en laissant leur signature sur les échantillons collectés par Perseverance. Le robot a déjà détecté des sels, tels que le perchlorate, dans les fissures entre les roches. Ils se peut qu’ils proviennent d’interactions avec les eaux souterraines ou même avec l’eau de fonte de la glace, et donc ils pourraient être beaucoup plus jeunes que le lac.
Adapté d’un article paru sur le site Space.com.

[* Pour mémoire, les roches ignées (du latin igneus qui signifie «vient du feu») sont des roches ayant subi une forte chaleur ou dont les propriétés sont consécutives à des températures élevées. Elles résultent du refroidissement et de la cristallisation du magma ].

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As I explain very often, we know the surface of Mars better than the bottom of our own oceans. NASA’s robot Perseverance landed on the Red Planet on February 18th, 2021 in the Jezero Crater chosen as a landing site because of ancient river delta that spills into the crater. Scientists hope that such an environment will give information about life on the planet billions of years ago.

Perseverance has just discovered igneous rocks on the Jezero Crater’s floor, which came as a surprise to geologists who expected to be confronted with sedimentary rocks formed from mud and detritus laid down by the ancient lake that filled the Jezero Crater about 3.7 billion years ago.They think it could be the key to understanding Mars’ climate history and revealing exactly when it was wet and potentially habitable.

The origin of Jezero’s igneous rocks remains a mystery, since there are no obvious volcanic features in or near the crater. Perseverance has been studying two formations of igneous rock, named Séítah (after the Navajo word for « amidst the sand ») and Máaz (the Navajo for « Mars »), with the latter overlying the former. Séítah is rich in olivine, a common volcanic mineral. Máaz is interpreted as having formed from lava that flowed over Séítah.

A study by Norwegian scientists at the University of Oslo results from Perseverance‘s ground-penetrating radar. il shows that the geological unit containing Séítah and Máaz extends underground and has been partially uplifted, placing it at an angle. It is a ridge of rock almost 1 kilometer long that is tilted by about 10 degrees.

This finding is unexpected because causing such a tilt requires exceptional tectonic forces, but Mars does not have plate tectonics, nor is there any strong evidence that it ever did. Geologists say that the rocks were tilted after they were deposited by some phenomenon yet to be determined.

The lake filled the Jezero Crater sometime after Séítah and Máaz formed, covering them with mud that ultimately formed a deep layer of sedimentary rock. But as Mars’ climate changed, the lake dried up, exposing the sediment.

One of the amazing qualities of Perseverance is its ability to cache samples of rock and soil for a future mission to retrieve and return to Earth. NASA and the European Space Agency are working together on a sample-return mission to launch in 2028. When they get the rocks in their labs, scientists will be able to provide far more accurate dates to the timeline of Jezero Crater.

Another key measurement that the samples could provide is how long Mars – or at least Jezero Crater – was wet. The crater floor has a lack of clays which typically form when rock is exposed to a lot of water over a long period. This means that either the water in Jezero was long-lived but shallow, or that the lake did not exist for very long, at least not on geological timescales. However, groundwater could have persisted for a much longer time, leaving its signature on the samples collected by Perseverance. Already the rover has detected salts, such as perchlorate, in the cracks between the rocks, which could have come from interactions with groundwater or even with frost melt, and therefore they could be much younger than the lake.

Adapted from an article in Space.com.

https://www.space.com/

 

Roches volcaniques dans le cratère Jezero (Crédit photo: NASA)

Les secrets du lac d’Issarlès (Ardèche) enfin percés ?

Situé à 1 000 m d’altitude dans le département de l’Ardèche, le lac d’Issarlès est un maar. Autrement dit, à l’image du Lac Pavin dans le Puy-de-Dôme, il résulte d’une violente éruption phréatomagmatique qui a secoué la région il y a quelque 80 000 ans. Sa profondeur maximale est de 108 mètres, ce qui en fait le plus profond lac de maar de France, pour une circonférence de 3,8 km et une superficie de 90 hectares.

Le lac d’Issarlès est utilisé par EDF pour alimenter la centrale hydroélectrique de Montpezat-sous-Bauzon. Il est relié via des galeries souterraines à deux barrages sur la Loire et deux de ses affluents du plateau ardéchois, le Gage et la Veyradeyre. En dehors de la période estivale dévolue au tourisme, la production hydroélectrique entraîne un marnage important au niveau du lac.

Jusqu’à présent, on ne savait que très peu de choses sur les profondeurs du lac qui renferment les secrets des activités géologiques du passé. Afin d’essayer de les percer, un carottage a été réalisé dans les sédiments lacustres à la fin du mois de septembre. La presse locale indique que l’opération a été difficile. Il a fallu faire venir spécialement d’Autriche une barge d’eau flottante et la stabiliser à la surface du lac afin de tirer le meilleur parti possible de la carotte sédimentaire. Lors de cette opération, les chercheurs ont été confrontés à une baisse du niveau d’eau, à cause des prélèvements effectués par la centrale hydroélectrique mentionnée plus haut.

Le carottier a permis de prélever les sept premiers mètres d’une séquence évaluée à 30 mètres d’épaisseur. C’est à la force des bras et avec un treuil que l’on a remonté la carotte prélevée. Une fois analysée et datée, la séquence prélevée révèlera l’histoire environnementale, volcanique et sismique de ce secteur de l’Auvergne.
Emmanuelle Defive, maître de conférences à l’université Clermont Auvergne, et que je salue ici,  indique que l’équipe de chercheurs poursuit ses recherches sur l’étude des 200.000 dernières années, en analysant les interactions entre les volcans et l’occupation humaine. « Le lac d’Issarlès fait partie des jeunes volcans d’Ardèche dont la particularité est qu’il n’a jamais été précisément daté jusqu’à présent. Or ils sont contemporains de la chaîne des Puys.»

Les prospections au sonar acoustique effectuées en juin 2019 ont mis en évidence au moins cinq générations de glissements de terrain lacustres. Ces glissements perturbent localement la stratigraphie, mais constituent aussi un objet d’étude car ils témoignent d’événements tels que des variations d’eau du lac ou des mouvement sismique tels que ceux qu’a pu causer le séisme du Teil du 11 novembre 2019, à moins de 50 km à vol d’oiseau du lac d’Issarlès. Emmanuelle Defive ajoute : « Les enseignements tirés de ces diverses investigations devront être calés dans le temps aussi précisément que possible par des datations avec la méthode du radiocarbone. Les carottes seront envoyées au laboratoire Geode (Géographie de l’environnement), situé à Toulouse, pour y être finement analysées. Les résultats précis seront connus d’ici un an. Grâce à la datation par thermoluminescence, nous avons pu déjà obtenir une datation de ce lac de maar entre 50.000 et 60.000 ans, mais elle demande à être confirmée. »

D’un point de vue historique, l’activité du volcan d’Issarlès se situe dans la période de l’homme de Néandertal qui a vraisemblablement été témoin de ces éruptions car les panaches éruptifs se voyaient de loin. Selon le généticien Axel Kahn à qui je posais un jour la question, ces éruptions n’ont pas été représentées par les hommes de l’époque sur les parois des cavernes car elles faisaient partie de leur environnement quotidien. Ce qui importait, c’était la nourriture, d’où la figuration fréquente de bestiaires dans les grottes. La représentation d’un panache éruptif dans la grotte de Vallon-Pont-d’Arc reste d’ailleurs à prouver.
Le lac d’Issarlès représente également un excellent enregistreur permettant de connaître les fluctuations climatiques. Il y a 50.000 ans, ce lac était un cratère de maar. Dans les millénaires qui ont suivi l’éruption phréatomagmatique,  le cratère s’est rempli d’eau, mais aussi de sédiments. À travers leur épaisseur, les carottes, qui constituent de véritables archives du climat, vont pouvoir livrer leurs secrets en laboratoire avec l’analyse des pollens de fleurs fossiles ou de sables ou graviers.

Source : L’Eveil de la Haute Loire.

Vue du lac d’Issarlès, avec au fond le Mont Mézenc (Crédit photo : Wikipedia)

Mini glaciation du Dryas récent causée par des éruptions volcaniques // Younger Dryas glaciation caused by volcanic eruptions

La Terre a connu une mini glaciation et des catastrophes en chaîne au cours du Dryas récent – période qui s’étend entre 16 500 et 11 700 ans avant notre ère – il y a environ 12 800 ans. Le climat s’est brusquement refroidi, avec des températures qui ont chuté de 7°C dans l’hémisphère Nord et jusqu’à 10 °C au Groenland. Cet événement de refroidissement a probablement également contribué à l’extinction de grands mammifères, comme les mammouths, les chevaux et les chameaux qui parcouraient autrefois l’Amérique du Nord.

Plusieurs théories ont été avancées pour expliquer cette mini glaciation. En 2007, une équipe de 26 chercheurs affirmait avoir trouvé les preuves que le refroidissement du Dryas récent était dû à la chute d’une météorite, ce qui aurait causé une suite de réactions en chaîne accompagnées de catastrophes de grande ampleur. Cette hypothèse a fait l’objet de multiples articles et controverses. Certains scientifiques doutaient qu’un impact local ait pu engendrer de telles conséquences sur toute la surface de la planète. Toutefois, de nombreux indices confortaient cette théorie.

Aujourd’hui, en 2020, patatras ! Une nouvelle étude intitulée « Volcanic origin for Younger Dryas geochemical anomalies ca. 12,900 B.P. » – Origine volcanique des anomalies géochimiques du Dryas récent il y a environ 12 900 avant J.C – va à l’encontre de l’hypothèse développée en 2007.

L’étude présente des preuves découvertes dans des couches de sédiments recueillis dans la Grotte de Hall au centre du Texas, et qui montrent que l’événement a probablement été causé par des éruptions volcaniques, et non par l’impact d’une météorite. L’étude a été publiée dans Science Advancements.

Des chercheurs de l’Université du Texas et leurs collègues de l’Université Baylor et de l’Université de Houston ont entamé des recherches dans la Grotte de Hall vers 2017 et ont découvert que la signature géochimique des sédiments associés à l’événement de refroidissement n’était pas unique mais s’était produite quatre fois entre 9 000 et 15 000 ans. Cela prouve que l’événement déclencheur de ce refroidissement n’est pas venu de l’espace. .
Une éruption volcanique avait été suggérée comme une possibilité mais l’hypothèse avait été écartée car il n’y avait pas d’empreinte géochimique pour la prouver.
Les chercheurs ont effectué l’analyse isotopique des sédiments recueillis dans la Grotte de Hall et ont découvert que des éléments tels que le ruthénium, le platine, l’iridium, le palladium et le rhénium n’étaient pas présents dans des proportions suffisantes, de sorte que l’ impact d’une météorite ou d’un astéroïde n’a pas pu causer l’événement de refroidissement il y a 12800 ans.

C’est donc la couche d’aérosols générée par l’éruption – ou les éruptions – qui, en réfléchissant la lumière du soleil, a provoqué cet événement de refroidissement. Reste à savoir où se trouve le coupable…

Source: Texas A&M University

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The Earth went through a mini glaciation and chain disasters during the Younger Dryas – a period stretching between 16,500 and 11,700 BCE – approximately 12,800 years ago. The climate suddenly cooled, with temperatures dropping by 7°C in the Northern Hemisphere and as much as 10°C in Greenland. This cooling event likely also contributed to the extinction of large mammals, such as mammoths, horses, and camels that once roamed North America.

Several theories have been put forward to explain this mini glaciation. In 2007, a team of 26 researchers claimed to have found evidence that the Younger Dryas’ cooling was due to a meteorite impact, which caused a chain of reactions accompanied by large-scale catastrophes. This hypothesis has been the subject of numerous articles and controversies. Some scientists doubted that a single local impact could have caused such consequences on the entire surface of the planet. However, many clues supported this theory.

 Today, in 2020, a new study entitled « Volcanic origin for Younger Dryas geochemical anomalies ca. 12,900 cal B.P. » goes against the hypothesis developed in 2007. It presents evidence left in layers of sediment retrieved from Hall’s Cave in central Texas showing that the event was most likely caused by volcanic eruptions. The study was published in Science Advancements.

Researchers at the Texas University and their colleagues of Baylor University and Houston University began researching Hall’s Cave around 2017 and discovered that the geochemical signature associated with the cooling event was not unique but occurred four times between 9 000 and 15 000 years ago. Thus, the trigger for this cooling event did not come from space.  .

A volcanic eruption had been considered one possible explanation but was generally dismissed because there was no associated geochemical fingerprint.

The researchers completed the isotopic analysis of sediments retrieved from Hall’s Cave and found that elements such as ruthenium, platinum, iridium, palladium, and rhenium were not present in the correct proportions, indicating that a meteor or asteroid impact could not have caused the event.

Then, it was the layer  of aerosols generated by the eruption(s) that reflected the incoming solar radiation away from the Earth, and led to the cooling event. The question is to know which volcano was responsible for it…

Source: Texas A&M University

Courbes de températures reconstituées à partir de carottes de glace en Antarctique et au Groenland. Elles montrent l’importance de l’évènement de refroidissement du Dryas récent dans l’hémisphère nord. (Source : Wikipedia)

Une forêt tropicale en Antarctique! // A rainforest in Antarctica!

Une étude initialement publiée dans la revue Nature et relayée par la presse scientifique nous informe que des traces fossiles d’une ancienne forêt tropicale, avec des racines, du pollen et des spores, ont été découvertes en Antarctique Occidental. Elles prouvent qu’il y a environ 90 millions d’années, la région n’était pas recouverte par la glace.
Au milieu du Crétacé (il y a 145 millions à 65 millions d’années), les dinosaures parcouraient la Terre et le niveau des océans était de 170 mètres plus élevé qu’aujourd’hui. La température à la surface de la mer sous les tropiques atteignait 35°C.
Ce climat très chaud a permis à une forêt tropicale de prendre racine en Antarctique. Des restes de cette forêt ont été découverts sous la glace dans une carotte de sédiments prélevée en 2017 par une équipe internationale de chercheurs sur le plancher océanique à proximité du glacier de Pine Island, dans l’ouest de l’Antarctique.
En découvrant la carotte, l’équipe scientifique a tout de suite réalisé qu’elle se trouvait devant quelque chose d’exceptionnel. La couche de sédiments datant d’il y a environ 90 millions d’années présentait une couleur bien différente de celles qui la surmontaient. De retour au laboratoire, les chercheurs ont introduit la carotte dans un scanner CT (Computed Tomography – Tomodensitométrie). L’image numérique obtenue montre un épais réseau de racines parcourant toute la couche de sol prélevée. Elle révèle également des pollens, des spores et les restes de plantes à fleurs très anciens, datant du Crétacé.
En analysant le pollen et les spores, un spécialiste de paléoécologie de l’Université de Northumbria en Angleterre a pu reconstruire la végétation et le climat il y a 90 millions d’années en Antarctique Occidental. Les nombreux restes de plantes indiquent que la côte de l’Antarctique Occidental était recouverte d’une forêt dense tempérée et marécageuse, semblable aux forêts que l’on rencontre en Nouvelle-Zélande aujourd’hui.
La carotte de sédiments a aussi révélé qu’au milieu du Crétacé l’Antarctique Occidental avait un climat doux, avec une température moyenne de l’air d’environ 12°C, semblable à celle de Seattle dans l’État de Washington. Les températures estivales étaient plus chaudes, avec une moyenne de 19°C. Dans les rivières et les marécages, l’eau atteignait probablement jusqu’à 20°C.
S’agissant de la météo, les précipitations à cette époque étaient comparables à celles du Pays de Galles ou de l’Angleterre aujourd’hui. Les températures qui viennent d’être mentionnées sont incroyablement chaudes si l’on prend en compte le fait que l’Antarctique a une nuit polaire de quatre mois, ce qui signifie qu’un tiers l’année n’est pas éclairé par la lumière du soleil avec tous ses bienfaits. Cependant, l’atmosphère était plus chaude surtout parce que la concentration de dioxyde de carbone était élevée, et même plus élevée qu’on ne le pensait, avant la découverte de la carotte de sédiments.
Avant le début de l’étude, la plupart des scientifiques pensaient que la concentration de dioxyde de carbone à l’échelle de la planète pendant le Crétacé était d’environ 1 000 ppm. Cependant, dans leurs modélisations, les chercheurs dû avoir recours à des niveaux de concentration de 1 120 à 1 680 ppm pour pouvoir atteindre les températures moyennes en Antarctique pendant cette période.
Les résultats des manipulations montrent à quel point des concentrations élevées de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone peuvent faire monter en flèche les températures, au point que l’Antarctique Occidental, aujourd’hui recouvert par la glace, a autrefois abrité une forêt tropicale. De plus, on se rend compte de l’importance de l’effet de refroidissement exercé par les calottes glaciaires d’aujourd’hui.
Grâce à l’étude, les scientifiques savent maintenant qu’il y avait quatre mois consécutifs sans soleil en Antarctique pendant le Crétacé. Toutefois, comme la concentration de dioxyde de carbone était très forte, le climat autour du pôle Sud était tempéré, et le continent dépourvu de glace.
Reste à savoir maintenant quelle a été la cause du refroidissement spectaculaire du climat en Antarctique, avec la formation d’une calotte glaciaire après la période chaude. La réponse à cette question constitue désormais un défi majeur pour les climatologues.

Source: Presse scientifique internationale, comme Live Science.

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 A study originally published in the journal Nature and relayed by the scientific press informs us that fossil traces – roots, pollen and spores – of an ancient rainforest have been unearthed in West Antarctica. They prove that about 90 million years ago, the region was not covered with ice.

During the middle of the Cretaceous period (145 million to 65 million years ago), dinosaurs roamed Earth and sea levels were 170 metres higher than they are today. Sea-surface temperatures in the tropics were as hot as 35 degrees Celsius.

This very warm climate allowed a rainforest  to take root in Antarctica. The rainforest’s remains were discovered under the ice in a sediment core that a team of international researchers collected from a seabed near Pine Island Glacier in West Antarctica in 2017.

As soon as the team saw the core, they knew they had something unusual. The layer that had formed about 90 million years ago was a different colour. More particularly, it clearly differed from the layers above it. Back at the lab, the team put the core into a CT (computed tomography) scanner. The resulting digital image showed a dense network of roots throughout the entire soil layer. The dirt also revealed ancient pollen, spores and the remnants of flowering plants from the Cretaceous period.

By analyzing the pollen and spores, a paleoecologist at Northumbria University in England, was able to reconstruct West Antarctica’s 90 million-year-old vegetation and climate. The numerous plant remains indicated that the coast of West Antarctica was a dense temperate, swampy forest, similar to the forests found in New Zealand today.

The sediment core revealed that during the mid-Cretaceous, West Antarctica had a mild climate, with an annual mean air temperature of about 12°C, similar to that of Seattle in Washington State. Summer temperatures were warmer, with an average of 19°C. In rivers and swamps, the water probably reached up to 20°C.

As far as the weather is concerned, the rainfall by that time was comparable to the rainfall of Wales or England, today. These temperatures are impressively warm, given that Antarctica had a four-month polar night, meaning that a third of every year had no life-giving sunlight. However, the world was warmer, in part, because the carbon dioxide concentration in the atmosphere was high, even higher than previously thought, according to the analysis of the sediment core.

Before the start of the study study, the general assumption was that the global carbon dioxide concentration in the Cretaceous was roughly 1,000 ppm. However, in the researchers’ model-based experiments, it took concentration levels of 1,120 to 1,680 ppm to reach the average temperatures during that period in Antarctica.

These findings show how potent greenhouse gases like carbon dioxide can cause temperatures to skyrocket, so much so that today’s freezing West Antarctica once hosted a rainforest. Moreover, it shows how important the cooling effects of today’s ice sheets are.

Thanks to the study, scientists now know that there could easily be four straight months without sunlight in the Cretaceous. But because the carbon dioxide concentration was so high, the climate around the South Pole was nevertheless temperate, without ice masses.

The question to be answered now is to know what caused the climate to dramatically cool with ice sheets forming again after Antarctic’s warmer period. The answers are now a major challenge for the international climate research community.

Source : International scientific press, like Live Science.

Vues de la forêt primaire sur l’Ile de Vancouver au Canada

Photos: C. Grandpey