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Du lithium supervolcanique ? // Supervolcanic lithium ?

La majeure partie du lithium utilisé pour fabriquer les batteries lithium-ion qui alimentent les appareils électroniques modernes provient d’Australie et du Chili. Toutefois, les scientifiques de l’Université de Stanford pensent qu’il existe d’importantes réserves de lithium au sein des super volcans américains. Dans une étude publiée dans Nature Communications, les chercheurs détaillent une nouvelle méthode de localisation du lithium dans les dépôts de lacs laissés par ces super volcans.
Comme les gens vont utiliser de plus en plus de véhicules électriques et des batteries de plus en plus puissantes pour réduire l’empreinte carbone, il est important que États-Unis identifient leurs propres ressources en lithium afin de ne pas s’approvisionner uniquement chez des entreprises ou des pays étrangers.
Les super volcans connaissent des éruptions capables de produire des centaines à milliers de kilomètres cubes de magma. Ils produisent également de grandes quantités de pierre ponce et de cendres volcaniques réparties sur de vastes zones. Ces super éruptions laissent derrière elles des caldeiras qui se remplissent souvent d’eau pour former un lac, comme Crater Lake dans l’Oregon. Pendant les dizaines de milliers d’années qui suivent ces éruptions, les précipitations et les sources d’eau chaude font ressortir le lithium des dépôts volcaniques. Le lithium s’accumule, en même temps que les sédiments, au fond du lac de la caldeira où il se concentre dans une argile appelée hectorite.
L’exploration des super volcans à la recherche du lithium permettrait de diversifier l’approvisionnement à l’échelle de la planète. Les principaux gisements de lithium sont actuellement exploités à partir de la saumure dans des salars à haute altitude au Chili et dans des gisements de pegmatite en Australie. [voir ma note du 12 mai 2017]
Depuis sa découverte dans les années 1800, le lithium a été largement utilisé dans les traitements psychiatriques et les armes nucléaires. À partir des années 2000, il est devenu le composant principal des batteries lithium-ion qui fournissent aujourd’hui l’énergie à toutes sortes d’appareils, depuis les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables jusqu’aux voitures électriques. Volvo Cars a récemment annoncé son engagement à ne produire que des nouveaux modèles de véhicules hybrides ou alimentés par des batteries à partir de 2019, signe que la demande de batteries lithium-ion continue d’augmenter.
Pour identifier les super volcans qui offrent les meilleures sources de lithium, les chercheurs ont mesuré la concentration initiale de lithium dans le magma. Comme le lithium est un élément volatil qui passe facilement de l’état solide à l’état liquide puis gazeux, il est très difficile de le mesurer directement et les concentrations d’origine sont peu connues. C’est pourquoi les chercheurs ont analysé de minuscules morceaux de magma piégés dans des cristaux pendant leur croissance dans la chambre magmatique. Ces «inclusions fluides» encapsulées dans les cristaux survivent à la super éruption et restent intactes tout au long du processus d’altération. En tant que tel, les inclusions fluides enregistrent les concentrations initiales de lithium et d’autres éléments dans le magma. Les chercheurs ont fait des lamelles avec  les cristaux pour faire apparaître ces petites poches de magma intact qui ont un diamètre de 10 à 100 microns. Ils les ont ensuite analysées dans un laboratoire de haute technologie à l’Université de Stanford.
Les chercheurs ont analysé des échantillons provenant d’une série de contextes tectoniques comme le dépôt de Kings Valley dans le champ volcanique de McDermitt  à la limite entre le Nevada et l’Oregon, dont l’éruption remonte entre16,5 et 15,5 millions d’années, et est connu pour être riche en lithium. Ils ont comparé les résultats de ce site volcanique à des échantillons en provenance du complexe de l’High Rock Caldera au Nevada, la Sierra la Primavera au Mexique, Pantelleria en Sicile, Yellowstone dans le Wyoming et Hideaway Park dans le Colorado. Ils ont conclu que les concentrations de lithium variaient considérablement en fonction du contexte tectonique du super volcan.
En plus de leur recherche du lithium, les chercheurs ont analysé d’autres éléments traces pour déterminer leur corrélation avec les concentrations de lithium. Au final, ils ont découvert une corrélation précédemment inconnue qui permettrait aux géologues d’identifier les super volcans susceptibles d’héberger des dépôts de lithium beaucoup plus facilement qu’en mesurant le lithium directement dans les inclusions fluides. En effet, les éléments traces peuvent servir de révélateur sur la concentration initiale en lithium. Par exemple, une plus grande concentration de rubidium, facilement analysable dans les dépôts, indique qu’il y a plus de lithium, alors que de fortes concentrations de zirconium indiquent qu’il existe moins de lithium.
Source: Université de Stanford.

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Most of the lithium used to make the lithium-ion batteries that power modern electronics comes from Australia and Chile. But Stanford University scientists say there are large deposits in America’s supervolcanoes. In a study published in Nature Communications, researchers detail a new method for locating lithium in supervolcanic lake deposits.

As people will use electric vehicles and large storage batteries to decrease the carbon footprint, it is important for the U.S. to identify its own lithium resources in order not to only rely on foreign companies or countries.

Supervolcanoes can produce massive eruptions of hundreds to thousands of cubic kilometres of magma. They also produce vast quantities of pumice and volcanic ash that are spread over wide areas. They appear as huge calderas that often fill with water to form a lake, like Crater Lake in Oregon. Over tens of thousands of years, rainfall and hot springs leach out lithium from the volcanic deposits. The lithium accumulates, along with sediments, in the caldera lake, where it becomes concentrated in a clay called hectorite.

Exploring supervolcanoes for lithium would diversify its global supply. Major lithium deposits are currently mined from brine deposits in high-altitude salt flats in Chile and pegmatite deposits in Australia. [see may note of 12 May 2017]

Since its discovery in the 1800s, lithium has largely been used in psychiatric treatments and nuclear weapons. Beginning in the 2000s, lithium became the major component of lithium-ion batteries, which today provide portable power for everything from cellphones and laptops to electric cars. Volvo Cars recently announced its commitment to only produce new models of its vehicles as hybrids or battery-powered options beginning in 2019, a sign that demand for lithium-ion batteries will continue to increase.

To identify which supervolcanoes offer the best sources of lithium, researchers measured the original concentration of lithium in the magma. Because lithium is a volatile element that easily shifts from solid to liquid to vapour, it is very difficult to measure directly and original concentrations are poorly known. So, the researchers analyzed tiny bits of magma trapped in crystals during growth within the magma chamber. These “melt inclusions,” completely encapsulated within the crystals, survive the supereruption and remain intact throughout the weathering process. As such, melt inclusions record the original concentrations of lithium and other elements in the magma. Researchers sliced through the host crystals to expose these preserved magma blebs, which are 10 to 100 microns in diameter, then analyzed them in a high technology laboratory at Stanford University.

The researchers analyzed samples from a range of tectonic settings, including the Kings Valley deposit in the McDermitt volcanic field located on the Nevada-Oregon border, which erupted 16.5 to 15.5 million years ago and is known to be rich in lithium. They compared results from this volcanic centre with samples from the High Rock caldera complex in Nevada, Sierra la Primavera in Mexico, Pantelleria in the Strait of Sicily, Yellowstone in Wyoming and Hideaway Park in Colorado, and determined that lithium concentrations varied widely as a function of the tectonic setting of the supervolcano.

In addition to exploring for lithium, the researchers analyzed other trace elements to determine their correlations with lithium concentrations. As a result, they discovered a previously unknown correlation that will now enable geologists to identify candidate supervolcanoes for lithium deposits in a much easier way than measuring lithium directly in melt inclusions. The trace elements can be used as a proxy for original lithium concentration. For example, greater abundance of easily analyzed rubidium in the bulk deposits indicates more lithium, whereas high concentrations of zirconium indicate less lithium.

Source: Stanford University.

Le lithium sera-t-il un jour extrait des sédiments au fond de Crater Lake? Il faut espérer que l’appât du gain ne viendra pas souiller ce site superbe. (Photo: C. Grandpey)

 

Les super volcans australiens // Australia’s super volcanoes

drapeau-francaisEn 2015, des scientifiques de l’Université Nationale d’Australie ont découvert la plus longue chaîne volcanique continentale au monde. Elle s’étire sur 2000 km dans la partie orientale du continent australien. Cette chaîne volcanique, baptisée Cosgrove Chain, qui a commencé à se former il y a 33 millions d’années, s’étire depuis les Iles Whitsunday dans le Queensland au NE jusqu’à proximité de Melbourne au SE (voir carte ci-dessous). Les volcans ne se sont pas édifiés au bord des plaques tectoniques, comme souvent sur notre planète; ils sont le fruit de panaches mantelliques (voir ma note du 17 septembre 2015). Les éruptions furent si violentes qu’elles expédièrent des matériaux jusque sur la côte ouest du pays, à 4000 km de distance. Cette activité volcanique a eu lieu au moment où la Nouvelle-Zélande commençait à se séparer de la bordure orientale de l’Australie.
Jusqu’à récemment, la seule preuve de la violence de ces éruptions était un alignement de cratères éteints et les coulées de lave solidifiées que les éruptions avaient laissées derrière elles. De nouvelles informations viennent d’être fournies par des chercheurs de l’Université Curtin. Ils étaient en train d’effectuer des forages dans la plaine de Nullarbor en Australie occidentale quand ils ont découvert des cristaux  de zircon de la taille de grains de sable qui ne correspondaient pas à la composition chimique des roches typiques de la région. En revanche, ces cristaux ressemblaient, par leur âge et leur composition, aux roches volcaniques de la région des îles Whitsunday. Les cristaux n’avaient pas pu traverser le pays par le biais de systèmes fluviaux pour deux raisons : ils étaient très bien conservés, et les fossiles incrustés dans les roches indiquaient que les cristaux présentaient un âge identique.
Les chercheurs pensent que les éruptions sur la Cosgrove Chain étaient probablement des dizaines ou des centaines de fois plus puissantes que celles observées dans les temps historiques. Une éruption de ce type aujourd’hui serait entendue jusqu’à Perth, sur la côte ouest de l’Australie. Il y a des dizaines de millions d’années, l’Australie n’a pas été le seul pays à avoir été secoué par de puissantes éruptions volcaniques en raison de la dislocation du Gondwana. Ces super éruptions sont tout à fait exceptionnelles de nos jours. Les volcans sont capables d’émettre des panaches de fines particules de cendre sur de grandes distances, mais ils ne peuvent pas envoyer des lapilli à des milliers de kilomètres. L’éruption du Toba (Indonésie) il y a 73 000 ans a expédié des particules de la taille de grains de sable sur un rayon de 2700 km.
Source: New Scientist.
https://www.newscientist.com/

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drapeau-anglaisIn 2015, scientists from the Australian National University discovered the world’s longest chain of continental volcanoes, stretching 2,000km along eastern Australia. The volcanic chain, named the Cosgrove Chain, which started its formation 33 million years ago, runs from near the Whitsundays in Queensland to near Melbourne (see map below). The volcanoes weren’t formed at the edge of tectonic plates. Instead, they came about from mantle plumes. (see my note of 17 September 2015). Their explosions were so violent that they could send material ­­all the way across to the west coast of the country, 4,000 km away. This volcanic activity occurred at the time when New Zealand was beginning to tear away from Australia’s eastern edge.

Until recently, the only evidence of the scale of these eruptions was the dormant craters and the solidified lava flows left behind. Researchers at Curtin University in Western Australia were drilling beneath the Nullarbor plain in remote Western Australia when they discovered sand-sized zircon crystals that did not match any of the region’s typical rock compositions. Instead, the crystals matched volcanic rock in the Whitsundays area on the country’s north-east coast in both age and geochemical composition. Two clues ruled out the possibility that river systems had carried the zircon crystals across the country: they were very well preserved, and fossils in the rocks indicated that the crystals were of an identical age.

The researchers think that the eruptions were probably tens to hundreds of times more powerful than any documented in human history. An equivalent eruption today would be heard in the west coast city of Perth. Australia was not the only country to have been shaken by powerful volcanic activity 100 millions of years ago due to the disintegration of the supercontinent Gondwana. Such mega eruptions are quite exceptional today. Modern volcanoes that can spew fine particles of ash over large distances, but they lack the power to hurl larger particles thousands of kilometres away. The biggest known super-eruption occurred of Toba volcano in Indonesia 73,000 years ago propelled sand-sized particles over a 2700-kilometre radius.

Source: New Scientist.

https://www.newscientist.com/

Cosgrove chain copie

Cosgrove Chain.

Whitsundays

Anciens cratères dans les Iles Whitsunday

(Source: Australian National University)

Eruptions super volcaniques

drapeau francaisUne équipe de géologues suisses, français et britanniques a tenté de comprendre ce qui peut provoquer les éruptions des super volcans.
Le résultat de leur étude, publié dans la revue Nature Geoscience , montre que la flottabilité et la poussée du magma constituent la principale explication du réveil de ces monstres de feu.
Afin d’essayer de comprendre pourquoi les super volcans comme Yellowstone sont si différents des volcans classiques, l’équipe a procédé à une modélisation informatique de l’activité volcanique en basant l’âge des éruptions sur un minéral témoin, le zircon, que l’on trouve dans les roches volcaniques.
Par ailleurs, une équipe de l’Institut Fédéral Suisse de Technologie de Zurich a utilisé une installation à rayons X de haute technologie (le synchrotron européen) pour étudier la densité de la roche en fusion qui sommeille sous les super volcans. La densité est un facteur important: Comme le magma dans la chambre est moins dense que la roche encaissante, il exerce une poussée sur le toit de cette même chambre.
Dans les volcans classiques, l’activité est déterminée par la taille de la chambre magmatique. Relativement faible en volume, elle est alimentée par des montées régulières de magma qui est expulsé ensuite en quantités modérées lorsque la pression devient trop élevée.
En revanche, s’agissant des super volcans, la chambre magmatique est trop volumineuse pour être mise sous pression par les seules injections de magma. Ce qui se passe, c’est qu’un magma moins dense et donc plus léger s’accumule régulièrement dans la chambre. Au début, cette dernière est assez forte pour résister à la pression, mais elle finit par céder et provoque une libération cataclysmale de matériaux.
L’équipe de géologues suisses, français et britanniques a calculé que l’éruption volcanique la plus intense impliquerait une libération de magma comprise entre 3500 et 7000 kilomètres cubes. C’est la première fois qu’un plafond est défini pour une telle éruption volcanique.
Les auteurs espèrent que les deux études fourniront des indications utiles quant à la fréquence des événements provoqués par les super volcans. A ce jour, on ne sait presque rien sur la vitesse de remplissage et l’explosion de la chambre magmatique. Seules 23 éruptions de ce type se sont produites au cours des 32 derniers millions d’années.

Source : Presse britannique.

Voici un lien vers un communiqué de presse du CNRS qui donne plus d’explications sur « les conditions d’éruption d’un super volcan » : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3375.htm

A noter que l’article paru dans GeoScience a provoqué un certain nombre de réactions. Un volcanologue néo-zélandais a fait remarquer que l’étude française sur les super volcans n’apportait rien de vraiment nouveau. Il a ajouté que la modélisation informatique avait ses limites. Comme il n’y avait pas d’humains pour assister aux éruptions des super volcans dans les temps préhistoriques, les scientifiques doivent se rabattre sur l’examen des matériaux expulsés pendant les éruptions pour trouver des indices.

drapeau anglaisA team of geologists from Switzerland, France and Britain has tried to understand what may cause super volcanoes to erupt.

The result of their study, published in the journal Nature Geoscience, shows that the buoyancy of magma is the key explanation as to why these monsters come to life

Seeking to understand why super volcanoes like Yellowstone can be so different from conventional ones, the team built a computer model of volcanic activity, basing the age of eruptions on a telltale mineral, zircon, found in volcanic rocks.

Separately, a team from the Swiss Federal Institute of Technology in Zurich used a hi-tech X-ray facility to study the density of molten rock below super-volcanoes. Density is important: As magma in the chamber is less dense than solid rock, it pushes on the roof of the chamber

In conventional volcanoes, activity is determined by the size of the magma chamber. Relatively small in volume, it is replenished by regular ascents of magma which is expelled in moderate amounts when the pressure becomes too high.

Differently, in super volcanoes, the magma chamber is too big to be pressurised by magma injections alone. What happens is that a buoyant kind of magma steadily accumulates in the chamber. At the beginning, the chamber is strong enough to resist the pressure but it eventually breaks apart in a cataclysmic discharge.

The Swiss-French-British team calculated that the maximum volcanic eruption would entail a release of between 3,500 and 7,000 cubic kilometres of magma; this is the first time an upper limit has ever been established for a volcano.

The authors hope the two studies will provide useful pointers as to the frequency of super-volcano events. Almost nothing is known about how fast these volcanoes recharge with magma and blow up. Only 23 such eruptions have occurred in the last 32 million years.

Source: British press.

The GeoScience article has triggered some reactions. Among them, a New Zealand volcanologist said the new French research on super-volcanoes does not offer anything new.

He added that computer modelling has a limited value, and as there were no humans around to see super-volcanoes erupting in prehistoric times, scientists have to examine the debris from eruptions for clues.

Yellowstone-blog

(Photo:  C. Grandpey)