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Santorin (Grèce) : Du CO2 comme dans un cocktail // Santorini (Greece) : CO2 like in a cocktail

drapeau francaisLe site de la deuxième plus grande éruption volcanique de l’histoire humaine, au large de Santorin en Grèce, recèle aujourd’hui de superbes poches d’eau opalescente qui ont été récemment découvertes à une profondeur de 250 mètres. Ces poches d’eau, reliées les unes aux autres, contiennent des concentrations élevées de dioxyde de carbone. Elles permettront peut-être un jour d’expliquer les phénomène liés à l’accumulation du carbone dans les profondeurs des océans et de mieux surveiller le volcan de Santorin qui reste potentiellement actif.
Les poches d’eau varient en taille de 1 à 5 mètres de diamètre. Les scientifiques européens qui les ont observées pensent qu’elles sont éphémères, apparaissant et disparaissant comme une mare d’eau de pluie dans le désert. Lors d’une mission dans la région en juillet 2012, ils ont utilisé des véhicules d’exploration sous-marine de dernière génération pour localiser et analyser ces Kallisti Limnes, « les plus beaux lacs » en grec ancien. La crise volcano-sismique de 2011 avait déjà conduit les chercheurs à lancer des investigations sur un site d’activité hydrothermale bien connu au sein de la caldeira de Santorin.

Au cours de la reconnaissance préliminaire d’une grande faille du plancher océanique, un véhicule sous-marin autonome (AUV) a identifié des couches d’eau avec des propriétés chimiques inhabituelles. Suite à cette reconnaissance, les chercheurs ont utilisé Thétis, un véhicule avec des hommes à son bord. L’équipage du submersible a utilisé des capteurs chimiques pour observer les poches d’eau opalescente situées dans les dépressions au pied de la paroi de la caldeira (voir la carte ci-dessous). Les chercheurs ont ensuite envoyé un petit véhicule télécommandé (ROV) afin d’échantillonner les fluides hydrothermaux à l’intérieur des poches d’eau.
Le plus souvent, de telles poches d’eau au sein de l’océan sont des concentrations de saumure où le sel dissous en provenance des formations géologiques sous le plancher océanique crée une densité supplémentaire qui sépare la poche d’eau salée de l’eau de mer environnante. Dans le cas de Santorin, la forte densité des poches d’eau n’est probablement pas provoquée par le sel, mais par le CO2.
Il y a de  fortes chances pour que ce CO2 soit généré par l’activité sismique dans la région, avec la subduction de la plaque africaine sous la plaque eurasienne. Au cours de la subduction, le CO2 peut être libéré lors du dégazage du magma, ou à partir de matières sédimentaires qui subissent des modifications en étant soumises à des pressions et des températures très élevées.
Les chercheurs ont observé que les poches d’eau de Santorin ont un pH très faible, ce qui les rend très acides, et donc dépourvues d’organismes de calcification. En revanche, ils pensent que des organismes riches en silice pourraient être la source de l’opale dans les fluides.
Jusqu’à la découverte de ces poches d’eau riches en CO2, on pensait que lorsque le CO2 est émis à l’intérieur de l’océan, il se disperse dans l’eau environnante. A l’inverse, dans cette partie de Santorin, les deux fluides restent séparés et celui qui a la plus forte densité en CO2 reste au fond, un peu comme dans un cocktail, et forme ces poches d’eau opalescente.
Les capteurs de température ont révélé que celle des Limnes Kallisti était de 5 ° C supérieure à celle des eaux environnantes. Cette chaleur est probablement le résultat de la circulation de fluides hydrothermaux dans la croûte et au-dessus d’une source de chaleur plus profonde, comme une chambre magmatique. Les fluides à l’intérieur des poches d’eau répondent également aux variations de pression, comme les marées, ce qui peut donner des informations sur la structure de perméabilité du sous-plancher océanique.

Les variations de température et les modifications chimiques de ces poches d’eau peuvent venir en complément d’autres techniques de surveillance de l’évolution de l’activité volcanique dans la région.
Adapté d’un article de la Woods Hole Oceanographic Institution.
http://www.whoi.edu/news-release/co2-pools

Voici une petite vidéo montrant ces poches d’eau de mer riches en CO2:

http://mex1.whoi.edu:8080/http2/WHOI_CMS/Media_Relations/114953_CO2Pools.webm

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drapeau anglaisThe location of the second largest volcanic eruption in human history, off Greece’s Santorini, are the site of newly discovered opalescent pools forming at a depth of 250 metres. The interconnected series of pools contain high concentrations of carbon dioxide (CO2) and may hold answers to questions related to deep sea carbon storage as well as provide a means of monitoring the Santorini volcano for future eruptions.

The pools range in size from 1 to 5 metres in diameter, and the European scientists who observed them believe they are ephemeral, appearing and disappearing like a rain pool in the desert. Working in the region in July 2012, they used a series of sophisticated underwater exploration vehicles to locate and characterize the pools, which they call the Kallisti Limnes, from ancient Greek for “most beautiful lakes.” A prior volcanic crisis in 2011 had led the researchers to initiate their investigation at a site of known hydrothermal activity within the Santorini caldera.

During a preliminary reconnaissance of a large seafloor fault, an autonomous underwater vehicle (AUV) identified subsea layers of water with unusual chemical properties.

Following the AUV survey, the researchers then deployed Thetis, a human occupied vehicle. The submersible’s crew used robotic onboard chemical sensors to observe the pools which are located within depressions of the caldera wall (see map below). Finally, the researchers sent a smaller remotely operated vehicle (ROV), to sample the pools’ hydrothermal fluids.

Usually, such pools within the ocean are brine pools where dissolved salt released from geologic formations below the seafloor creates the extra density and separates the brine pool from the surrounding seawater. In the case of Santorini, the pools’ increased density isn’t driven by salt, but probably by CO2 itself.

This CO2 is probably generated by the seismic activity in the region, caused by the subduction of the African tectonic plate underneath the Eurasian plate. During subduction, CO2 can be released by magma degassing, or from sedimentary materials which undergo alteration while being subjected to enormous pressure and temperature.

The researchers determined that the pools have a very low pH, making them quite acidic, and therefore, devoid of calcifying organisms. But they believe silica-based organisms could be the source of the opal in the pool fluids.

Until the discovery of these CO2-dense pools, the assumption has been that when CO2 is released into the ocean, it disperses into the surrounding water. But in that part of Santorini, the two fluids actually remain separate with the denser CO2 water sinking to form the pool.

Temperature sensors revealed that the Kallisti Limnes were 5°C above that of surrounding waters. This heat is likely the result of hydrothermal fluid circulation within the crust and above a deeper heat source, such as a magma chamber. The pool fluids also respond to variations in pressure, such as tides, and this may inform of the permeability structure of the sub-seafloor.  Changes in the pools’ temperature and chemical signals may thus complement other monitoring techniques as useful indicators of increased or decreased volcanism.

Adapted from an article of the Woods Hole Oceanographic Institution.

http://www.whoi.edu/news-release/co2-pools

Here is a short video showing these CO2-rich pools:

http://mex1.whoi.edu:8080/http2/WHOI_CMS/Media_Relations/114953_CO2Pools.webm

Santorin 03

Source:  WHOI.

Les surprises du Bassin de Lau (Tonga / Fidji)

drapeau francaisLe Bassin de Lau, qui se trouve entre les Tonga et les Fidji, a été créé par la collision de la plaque Pacifique avec la plaque australienne. La plaque Pacifique, plus vieille, donc plus froide et plus dense, a plongé sous la plaque australienne et s’est enfoncée dans les profondeurs le long de la fosse des Tonga. L’eau libérée par la plaque humide a abaissé le point de fusion de la roche au-dessus, provoquant la montée du magma et des éruptions qui ont formé l’arc volcanique Tonga-Kermadec.

Tonga-Kermadec-Arc

Source: Wikipedia.

Il y a 4 à 6 millions d’années, la plaque Pacifique a commencé à s’éloigner de la plaque australienne, entraînant avec elle une partie du manteau qui se trouvait en dessous. La marge de la plaque australienne s’est étirée en déchirant la dorsale et en créant un bassin dont le plancher s’est fracturé à son tour avec le temps. Le magma est remonté par ces fractures, ce qui a créé de nouveaux centres d’expansion.

La zone de subduction des Tonga est célèbre en sismologie, car deux tiers des séismes profonds de notre planète se produisent dans cette région où la subduction est plus rapide que partout ailleurs dans le monde. Dans la partie nord,  la plaque s’enfonce à une vitesse d’environ 24 centimètres par an, soit près d’un mètre tous les quatre ans ! C’est quatre fois plus vite que la faille de San Andreas.
Dans le numéro de Février de la revue Nature, une équipe de chercheurs de l’Université de Washington à St. Louis, a publié une image sismique tridimensionnelle du manteau sous le Bassin de Lau dans le Pacifique Sud qui montre une étrange  anomalie. L’image s’appuie sur 200 séismes enregistrés par 50 sismographes installés au fond de l’océan dans le Bassin de Lau en 2009 et 2010 et 17 sismographes installés sur les îles Tonga et Fidji.
Le Bassin de Lau est un endroit idéal pour étudier le rôle de l’eau dans les processus volcanique et tectonique. Comme le Bassin est en phase d’élargissement, il a beaucoup de centres d’expansion par lesquels le magma monte vers la surface. Comme il est en forme de V, ces centres se situent à des distances variables de la fosse des Tonga, là où l’eau est injectée copieusement dans l’intérieur de la Terre.
Les scientifiques savaient que la composition chimique du magma émis lors des éruptions dans ces centres d’expansion varie avec la distance par rapport à la fosse. Ceux au nord, vers l’ouverture du V, produisent un magma plus sec que ceux du sud, à proximité de la pointe du V, où le magma contient plus d’eau et d’éléments chimiques liés à l’eau. Comme l’eau abaisse la température de fusion de la roche, les centres d’expansion au nord produisent également moins de magma que ceux au sud.
Avant d’élaborer les images à partir de leurs données sismiques, les scientifiques s’attendaient à ce que la situation dans le manteau corresponde à celle en surface. En particulier, ils pensaient davantage trouver la roche en fusion vers le sud, là où la teneur en eau dans le manteau est la plus forte. Au lieu de cela, les images sismiques ont révélé moins de magma en fusion dans le sud que dans le nord.
Après un long débat, ils sont arrivés à la conclusion que l’eau augmente la fusion mais rend le matériau moins visqueux, ce qui accélère sa remontée vers la surface, un peu comme du miel qui coule plus vite quand on y ajoute de l’eau.
Cette découverte a permis aux scientifiques de faire un pas de plus dans la compréhension du cycle de l’eau qui affecte presque tous les processus sur notre planète, et pas seulement les nuages et les rivières à sa surface. Elle joue également un rôle important dans les processus qui ont lieu dans le silence et l’obscurité des profondeurs de la Terre.
Source: Université de Washington à St. Louis

Lau-Basin-2 Une image sismique d’une partie du Bassin de Lau à une profondeur de 50 kilomètres montre comment le magma s’accumule au nord sous les zones qui ne sont pas affectées par le rift (rouge foncé) et n’offrent que très peu de passage au magma (jaune pâle) le long de l’extrémité sud du centre d’expansion oriental du Bassin de Lau, même si cette région est fortement volcanique (Source: Université de Washington).

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drapeau anglaisThe Lau Basin, which lies between the island archipelagos of Tonga and Fiji, was created by the collision of the Pacific plate with the Australian plate. The older, thus colder and denser, Pacific plate plunged under the Australian plate and sank into the depths along the Tonga Trench. Water given off by the wet slab lowered the melting point of the rock above, causing magma to erupt and form a volcanic arc, called the Tonga-Kermadec ridge.

About 4 to 6 million years ago, the Pacific slab started to pull away from the Australian slab, dragging material from the mantle beneath it. The Australian plate’s margin stretched, splitting the ridge, creating the basin and, over time, rifting the floor of the basin. Magma upwelling through these rifts created new spreading centers.

The Tonga subduction zone is famous in seismology  because two-thirds of the world’s deep earthquakes happen there and subduction is faster there than anywhere else in the world. In the northern part of this area the plate is sinking at about 24 centimetres per year, or nearly a metre every four years. That’s four times faster than the San Andreas fault is moving.

In the February issue of Nature, a team of scientists of Washington University in St. Louis, published a three-dimensional seismic image of the mantle beneath the Lau Basin in the South Pacific that had an intriguing anomaly. It is based on the images of 200 earthquakes picked up by 50 ocean-bottom seismographs deployed in the Lau Basin in 2009 and 2010 and 17 seismographs installed on the islands of Tonga and Fiji.

The Lau basin is an ideal location for studying the role of water in volcanic and tectonic processes. Because the basin is widening, it has many spreading centres through which magma rises to the surface. Because it is shaped like a V, these centres lie at varying distances from the Tonga Trench, where water is copiously injected into the Earth’s interior.

The scientists knew that the chemistry of the magma erupted through the spreading centers varies with their distance from the trench. Those to the north, toward the opening of the V, erupt a drier magma than those to the south, near the point of the V, where the magma has more water and chemical elements associated with water. Because water lowers the melting temperature of rock, spreading centres to the north also produce less magma than those to the south.

Before they constructed images from their seismic data, the scientists expected the pattern in the mantle to match that on the surface. In particular they expected to find molten rock pooled to the south, where the water content in the mantle is highest. Instead the seismic images indicated less melt in the south than in the north.

After considerable debate, they suggested water increases melting but makes the melt less viscous, speeding its transport to the surface, a bit like mixing water with honey makes it flow quicker.

Source: Washington University in St. Louis.

 

Cartographie du champ de gravité terrestre // Mapping of the Earth’s gravity field

drapeau francaisUn article paru sur le site de la BBC / Science and Environment (http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-25911846) nous apprend que le satellite Goce, lancé par l’Agence Spatiale Européenne, qui cartographiait le champ de gravité terrestre, s’est finalement désintégré lors de son retour dans l’atmosphère. Au cours de sa mission il a transmis entre mars 2009 et novembre 2013 des données et des images très intéressantes sur l’intérieur de la Terre. Ainsi, les données sur la gravité ont permis de détecter les variations de densité des roches jusqu’à plus de 2000 km de profondeur.

Les cartes confectionnées à l’aide de ces données montrent, entre autres, les variations verticales de la matière avec les phénomènes géologiques qui en découlent, comme le mouvement des plaques tectoniques et, par voie de conséquence, l’activité sismique et volcanique.

Grâce au satellite Goce, les scientifiques ont pu obtenir des informations supplémentaires sur la propagation des ondes sismiques.

Les données transmises par le satellite ont également permis de repérer d’anciennes zones de subduction sous l’Asie et le long des Amériques.

Grâce à sa capacité à repérer la répartition irrégulière des masses à l’intérieur de la Terre, Goce a permis aux scientifiques de cartographier le Moho, cette discontinuité qui marque la limite entre la croûte terrestre et le manteau.

http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2012/03/Global_Moho_from_GOCE

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drapeau anglaisAn article to be read on the BBC / Science and Environment website (http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-25911846) informs us that the Goce satellite that was launched by the European Space Agency finally disintegrated when entering the atmosphere. During its mission, it transmitted between March 2009 and November 2013 interesting data and images of the interior of the Earth. Thus, the gravity data allowed to detect variations in the density of the rocks as deep as 2,000 kilometres.

The maps are showing, among others, how material moves up and down, with the geologiocal phenomena this entails, like the movement of tectonic plates and, as a consequence, seismic and volcanic activity.

Thanks to the Goce satellite, scientists could obtain additional information about the propagation of seismic waves.

The data transmitted by the satellite also enabled to detect ancient subduction zones running deep under Asia and along the Americas.

Thanks to its ability to sense the uneven distribution of mass through the Earth, Gocehas already allowed scientists to map the Moho, the famous discontinuity between the Earth’s crust and the mantle.

http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2012/03/Global_Moho_from_GOCE