Terre: Nouvelles structures internes. Europe: un point chaud revient

Terre: Nouvelles structures internes. Europe: un point chaud revient

 

Carte terre sequencer

Terre: Des nouvelles structures détectées sous son manteau

 

Une collaboration entre des astrophysiciens et des géologues fait apparaître des structures inconnues à la surface du noyau solide de la Terre. C'est l'astrophysicien Brice Ménard, à l'université John Hopkins (États-Unis) qui a permis cette découverte, grâce au développement d'un nouvel algorithme informatique, nommé le Sequencer. L'avantage de cet algorithme est qu'il est adaptable à diverses données massives. Généralement, les intelligences artificielles classiques se basent sur un apprentissage progressif, le Sequencer est capable de chercher... et de trouver par lui-même, des informations noyées dans un flot de données. « Le tout à partir d'une définition mathématique de ce qui est potentiellement intéressant. » Il y a quelques mois, cet algorithme a ainsi permis à l'équipe qui entoure Brice Ménard de définir une nouvelle façon d'estimer la masse des trous noirs supermassifs. « Le Sequencer a trouvé une relation entre cette masse et certaines propriétés des galaxies qui hébergent ces trous noirs, précise l'astrophysicien. Avant, nous ne pouvions travailler que sur une centaine des galaxies les plus proches de nous. Désormais, c'est l'Univers tout entier qui s'ouvre à nous ».

« Aujourd'hui, les chercheurs, tous les chercheurs, sont noyés dans les données. Il y en a de plus en plus. Il y en a trop pour qu'ils puissent les visualiser », nous explique-t-il. Impossible de traiter ces milliers, voire ces millions d'objets « à la main ». L'approche mathématique est devenue incontournable. En adoptant ce point de vue, l'horizon s'éclaire. « Tant que l'on sait ce que l'on cherche. » Cependant, les choses se compliquent lorsque l'on ne sait pas exactement ce que l'on attend des données en question.

« Il n'est pas si rare que des chercheurs trouvent, dans des données disponibles depuis des années, des objets ou des effets intéressants qui étaient restés cachés là, seulement parce que personne ne les avait cherchés. »

Profitant de ce puissant algorithme, des géologues ont injecté quelque 30 années de données sismologiques dans le Sequencer. Des milliers de sismogrammes générés par des centaines de tremblements de terre profonds et puissants enregistrés, de magnitude supérieure à 6,5 sur l'échelle de Richter. Comme on le sait, les ondes sismiques émises par ces tremblements de terre peuvent renseigner les chercheurs sur la composition de l'intérieur de notre Planète. Tout comme les ultrasons donnent aux médecins des images de l'intérieur de notre corps. Il s'agit donc d'interprétations de leurs échos par des spécialistes. Le problème, c'est que jusqu'à présent, il était impossible aux géologues de distinguer dans ces signaux les échos les plus faibles du simple bruit de fond.

Comme prévu, le Sequencer est parvenu à discriminer deux types d'échos du bruit de fond. Les premiers, dont l'amplitude décroît très vite avec le temps, trahissent la présence de structures dont les propriétés sont très différentes de celles du manteau environnant. Les seconds, dont l'amplitude décroît plus lentement, pourraient provenir de sources distribuées. Comme des vagues (ou ondes) se déplaçant à la frontière de grandes régions à faible vitesse de cisaillement. La preuve, en tout cas, que la base du manteau terrestre est bien plus hétérogène que le pensaient jusqu'alors les géologues.

Lire la suite ci-dessous :

À 3.000 kilomètres sous nos pieds, en plein Pacifique, les géologues de cette équipe viennent en effet de découvrir de larges structures inconnues. Et plus spécifiquement en dessous d'Hawaï et des îles Marquises, des structures chaudes et denses. Laissant supposer que les fondations de ces îles pourraient trouver leurs sources à des profondeurs bien plus importantes : à l'interface entre le noyau liquide et le manteau solide de la Terre.

 

Carte terre sequencer

La carte établie par les chercheurs grâce au Sequencer, un nouvel algorithme développé par des astrophysiciens. Y sont marqués, les séismes étudiés (étoiles orange), les sismomètres qui les ont enregistrés (triangles bleus) et Hawaï et les îles Marquises (triangles jaunes). La puissance des échos est traduite par des couleurs allant du violet foncé au jaune. Et les structures chaudes et denses révélées apparaissent à la limite du noyau liquide en fer de la Terre. Crédits : D. Kim, V. Lekíc, B. Ménard, D. Baron and M. Taghizadeh-Popp, Science 

 

« C'est un résultat surprenant », commente Brice Ménard à la presse.

« Grâce à cette nouvelle façon d'examiner les données à l'échelle mondiale, nous avons pu voir les signaux faibles beaucoup plus clairement», explique Brice Ménard. " Nous avons finalement pu identifier les échos sismiques et les utiliser pour créer une carte."

Doyen Kim, sismologue à l'Université du Maryland et co-auteur du document, explique: " Imaginez que vous êtes dehors dans l'obscurité. Si vous frappez des mains puis entendez un écho, vous savez qu'un mur ou une structure verticale est devant vous. C'est ainsi que les chauves-souris écholocalisent leur environnement. "

Cette carte montre une grande zone sous le Pacifique et révèle des régions chaudes et denses en dessous d'Hawaï et des îles Marquises en Polynésie française. Comme les explorateurs qui ont dessiné les premières cartes incomplètes de l'Amérique, ces scientifiques tracent maintenant l'intérieur de la Terre.

L'algorithme Sequencer, développé par Ménard et l'étudiante diplômée Dalya Baron, a la capacité de trouver automatiquement des tendances intéressantes dans n'importe quel type de jeu de données, et a maintenant permis des découvertes en astrophysique et en géologie. L'équipe attend maintenant avec impatience de voir ce que les chercheurs dans d'autres domaines trouveront avec cette technique.

 

Earth core

La stucture interne de la Terre n'est donc pas si homogène qu'on ne le pensait jusqu'à présent, avec deux larges anomalies chaudes et denses localisées dans le Pacifique, très différentes du manteau environnant, et en liaison avec deux points chauds très actifs. En sciences de la Terre, et plus particulièrement en géodynamique et en volcanologie, un point chaud est une zone hypothétique de formation de magma au sein du manteau de la Terre, formée au-dessus d'un panache (une colonne ascendante) et traduite en surface par une activité volcanique régulière. Ces deux points chauds proviendraient donc non pas du manteau en lui-même mais directement de la zone située entre ce dernier et le noyau de fer de notre planète. Les îles Mariannes, un arc volcanique composé d'un chapelet d'îles, formées par les sommets émergés de quinze montagnes volcaniques dans l'est de la mer des Philippines, qui borde la fosse des Mariannes, la fosse océanique la plus profonde connue au début du xxie siècle, c'est aussi l'endroit le plus profond de la croûte terrestre. Elle est située dans la partie nord-ouest de l'océan Pacifique, à l'est des Îles Mariannes aux coordonnées 11° 21′ N, 142° 12′ E, à proximité de l'île de Guam. Le point le plus bas connu se situerait selon les relevés à 10 984 ± 25 m. Des organismes dits « piézophiles » y vivent malgré des pressions atteignant l'équivalent de 1 100 atmosphères. Ce n'est probablement pas un hasard de trouver une structure différente reliant l'endroit le plus fin de la croûte terrestre à la surface du noyau. Hawaï, constitué d'un archipel de 137 îles, fait partie de la Polynésie et se situe dans le centre de l'océan Pacifique nord, à 3 718 kilomètres au sud de la péninsule d'Alaska, à 3 792 kilomètres à l'ouest-sud-ouest de Punta Gorda, sur la côte californienne, et à 5 713 kilomètres à l'est de l'île de Hokkaidō au Japon. C'est l’un des points chauds les plus étudiés par les géologues, avec un volcanisme très actif. Une instabilité de couche limite située à la base du manteau terrestre engendre un panache thermique (formé de matière solide comme le reste du manteau) qui en arrivant à proximité de la surface subit une décompression adiabatique qui produit du magma par fusion partielle ; comme les plaques de la croûte terrestre sont en mouvement, une série de volcans voient le jour puis s’éteignent au fur et à mesure que la plaque pacifique passe au-dessus du point chaud, qui est fixe comme tous les points chauds, sans liaison avec la tectonique des plaques.

Sources : https://hub.jhu.edu/2020/06/12/sequencer-mapping-earth-science/

https://science.sciencemag.org/content/368/6496/1223

https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/geologie-astronomes-font-decouverte-surprenante-structures-interieur-terre-81481

 

Un point chaud toujours actif sous l'Allemagne

 

Nous ne quittons pas les points chauds, car une nouvelle étude publiée dans le Geophysical Journal International vient d'apporter la preuve que le panache volcanique situé sous l'ancienne zone volcanique de l'Eifel, à la frontière allemande​ est non seulement toujours actif, mais semble même s'accentuer à nouveau. En effet, le sol s'élève dix fois plus rapidement que la normale et le terrain s'étire horizontalement. Ces mouvements seraient liés à un panache, où les roches chaudes du manteau remontent à la surface.​ Une anomalie détectée donc à cet endroit prouvant l'existence d'un panache relié à un point chaud, mais aussi une petite anomalie, moins significative, signalée au niveau du Massif Central français :

" Le volcanisme du champ volcanique de l'Eifel (EVF), dans le centre-ouest de l'Allemagne, est souvent considéré comme un exemple de volcanisme de hotspot compte tenu de sa signature géochimique et du panache du manteau putatif imagé en dessous. Le cadre de l'EVF dans une zone continentale stable fournit un laboratoire naturel rare pour l'image de la déformation de surface et tester l'hypothèse de l'existence d'un panache thermiquement flottant. Ici, nous utilisons les données du système de positionnement global (GPS) pour représenter de manière robuste le mouvement vertical du sol (VLM) et les taux de déformation horizontale sur la plupart des régions intraplates d'Europe. Nous trouvons une anomalie VLM positive cohérente spatialement sur une zone beaucoup plus grande que l'EVF et avec un soulèvement maximal de ∼1 mm an -1à l'EVF (une fois corrigé pour l'ajustement isostatique glaciaire). Ce taux est considérablement plus élevé que la moyenne au cours du Quaternaire supérieur. Sur la même zone qui se soulève, nous trouvons une extension horizontale significative entourée d'un motif radial de raccourcissement, une superposition qui suggère fortement une cause dynamique commune. Outre l'Eifel, aucune autre région du nord-ouest de l'Europe ne présente de VLM positif significatif couplé à des taux de déformation d'extension, à l'exception de la région beaucoup plus large d'ajustement isostatique glaciaire. Nous appelons cette anomalie de déformation 3-D l'anomalie de l'Eifel. Nous trouvons également une anomalie du taux de déformation d'extension près du champ volcanique du Massif Central entouré de raccourcissement radial, mais nous n'y détectons pas de signal VLM positif significatif. Le fait que l'anomalie de l'Eifel soit située au-dessus du panache d'Eifel suggère que le panache provoque l'anomalie. En effet, nous montrons que les forces de flottabilité induites par le panache au fond de la lithosphère peuvent expliquer cette déformation de surface remarquable. La déformation induite par le panache peut également expliquer le taux relativement élevé de sismicité régionale, en particulier le long de la baie du Rhin inférieur."

 

Allemagne vlm eifel

La région rhénane (entourée en vert) subit une élévation en raison de la présence d’un panache centré sur le massif de l’Eifel (triangle noir). Le massif central (triangle violet) connaît également une déformation de terrain horizontale mais pas d’élévation. © Corné Kreemer et al, Geophysical Journal International, 2020 

 

Les volcans d’Auvergne, dans le massif central, se sont éteints il y a plus de 8.000 ans. Et mis à part l’Italie et l’Islande, il ne reste plus guère de volcans actifs en Europe (YH : Il n'est pas question ici du volcanisme sous-marin européen lié aux failles, comme au large du Portugal par exemple). Mais voilà qu'une ancienne région volcanique située dans l'une des zones les plus densément peuplées montre des signes d'activité inhabituels. L'Eifel, une région à l'ouest de l'Allemagne et bordant les frontières belge et luxembourgeoise, serait en train de s'élever jusqu'à 1 millimètre par an.

Cela peut sembler insignifiant, mais à l'échelle des temps géologiques, c'est énorme. Et c'est surtout dix fois plus rapide que la moyenne des 800.000 dernières années. « Aucune autre région du nord-ouest de l'Europe ne présente un tel niveau d'élévation verticale », appuie Corné Kreemer, l'auteur principal de l'étude.

 

Allemagne fig1

Les points noirs sont des épicentres de tremblements de terre entre 1000 et 2006 dans la base de données SHEEC-SHARE (Grünthal et al . 2013 ; Stucchi et al . 2013 ). Les couleurs sont la densité d'épicentre pour les zones circulaires avec un rayon ( R ) de 30 km (avec chaque événement dans un cercle pondéré par (1– D / R ), où D est la distance de l'événement au centre du cercle). Les points bleus sont les centres d'activité de l'EVF quaternaire, et le triangle bleu est l'emplacement de la dernière activité dans le Massif Central. Les lignes bleu clair sont des failles sismogènes (Basili et al . 2013) et le massif rhénan est délimité en vert. B, Belgique; NL, Pays-Bas; LRE, embouchure du Rhin inférieur; URG, Rhin supérieur Grabren. Encart: le polygone solide rouge / en pointillés est l'étendue des données et du modèle, respectivement, le polygone bleu est l'étendue des résultats présentés ici, le polygone bleu en pointillés est l'aire de la figure 7

La dernière éruption dans l'Eifel remonte pourtant à plus de 11.000 ans. Mais, depuis quelques années, plusieurs indices ont mis les scientifiques sur leurs gardes. Des dégagements de gaz et des mini tremblements de terre à basse fréquence sous le lac de Laach, le plus grand maar de l'Eifel occupant le cratère d'un ancien volcan, ont récemment été enregistrés. Des élévations de terrain inhabituelles ont également été mesurées dans plusieurs régions aux alentours, mais ces observations étaient jusqu'ici limitées et il était difficile de savoir si elles étaient liées à une activité volcanique ou à une instabilité locale du sol.

Kreemer et ses collègues ont mesuré les mouvements de terrain horizontaux et verticaux dans une vaste zone allant de l'Espagne à la Suède grâce à des milliers stations GPS. Ils ont constaté qu'un large territoire, centré sur l'Eifel et couvrant aussi le Luxembourg, l'est de la Belgique et le sud des Pays-Bas, s'élevait à une vitesse bien plus rapide que par le passé, et que cette élévation était en plus associée à une extension horizontale significative (jusqu'à 0,33 mm par an).

Selon les chercheurs, ces déformations de surface pourraient être liées à la présence d'un panache, une remontée de roches anormalement chaudes provenant du manteau terrestre. Ces panaches permettent d'évacuer de la chaleur du manteau et sont associés à des points chauds induisant une activité volcanique à l'intérieur des plaques comme, par exemple, à Hawaï. Le panache de l'Eifel, qui s'étend jusqu'à 400 kilomètres sous la surface, est à l'origine de l'ancienne activité volcanique de la région. Mais les scientifiques débattent depuis plusieurs années pour savoir s'il est toujours actif ou non.

La zone de soulèvement anormal couvre une zone à peu près circulaire / ovale et comprend la majeure partie du massif rhénan du centre-ouest ainsi que le sud-est des Pays-Bas (c'est-à-dire le Limbourg). Le soulèvement le plus élevé est légèrement supérieur à 1 mm an par rapport à l'affaissement régional associé au GIA, et est situé juste à l'EVF. Alors que le VLM au Massif Central est plus élevé que dans les régions avoisinantes en France, le signal VLM est insignifiant (c'est-à-dire au niveau 2σ, mais quand même au niveau 1 σ , ce qui suggère qu'il n'existe pas non plus d'anomalie VLM significative ou que l'anomalie mesure beaucoup moins de 200 × 200 km ( informations complémentaires, fig. S1 )).

Notez que notre étude contient également quelques zones de subsidence anormale (c'est-à-dire > 1 mm an). Des exemples sont le bassin ouest de Paris, la partie ouest des Pays-Bas et la partie la plus septentrionale des Pays-Bas (Groningen). Un affaissement dans la partie ouest des Pays-Bas a déjà été observé avec InSAR et s'explique par la décomposition de la tourbe (Caro Cuenca & Hanssen 2008 ). Un affaissement à Groningen a déjà été détectée par InSAR (Ketelaar 2009 ) et est due à l'extraction du gaz (van Thienen-Visser & Breunese 2015 ; Jagt et al . 2017). Cette subsidence induite anthropiquement est le seul signal VLM négatif significatif (au niveau 2σ) dans notre modèle, avec une subsidence imagée jusqu'à ∼6 mm an. YH : l'extraction du gaz par l'être humain provoque donc bien des affaissements de terrains au niveau régional... ce dont les Pays-Bas n'auraient pas besoin étant donné la montée des eaux d'un autre côté !

Pour le Massif Central français, nous trouvons une augmentation significative (au niveau 2σ) de la vitesse de déformation extensionnelle de l'anomalie juste à l'ouest de la zone de la plus récente activité volcanique, avec l'extension étant bi-axial et d'une magnitude de ~1-2 × 10 -9 ans. Le schéma de la vitesse de déformation contractionnelle autour de cette anomalie extensionnelle montre également un schéma radial, comme pour l'Eifel, mais il est moins significatif.

« Nos résultats montrent que des roches chaudes du manteau sont en train de remonter à la surface, ce qui est un ingrédient clé du volcanisme », soutient Corné Kreemer. Le panache lui-même n'est pas constitué de magma, mais en apportant de la chaleur, il fait fondre la croûte terrestre au-dessus. Ces roches fondues vont alors monter à travers la croûte jusqu'à la surface. « Bien que la zone semble dormante aujourd'hui, on peut s'attendre à une activité future », prévient Corné Kreemer.

Cela ne signifie pas pour autant qu'une éruption est imminente, tempèrent les chercheurs. « Si quelque chose devait arriver, ce serait catastrophique étant donné la densité de population autour de l'Eifel », prévient Corné Kreemer dans une interview au site Newsweek. Dans le passé, le volcanisme de l'Eifel était de type explosif, ce qui a créé les fameux maars, ces grands cratères parfois remplis de lacs. La dernière éruption, qui s'est produite il y a près de 13.000 ans, était aussi puissante que celle du volcan philippin Pinatubo, qui a catapulté cinq milliards de mètres cubes de cendres et de poussière dans l'air en 1991 et fait 350 morts.

Dans le Land de Rhénanie-Palatinat, la surveillance des tremblements de terre a déjà été renforcée cette année, et les mesures mises en place dans la région de l'Eifel ont été intensifiées. Mais les autorités se veulent rassurantes : « Je ne vois aucun danger pour les personnes ou les infrastructures, même pas dans les 1.000 prochaines années », veut croire Thomas Dreher, de l'office du Land de Rhénanie-Palatinat pour la géologie et l'exploitation minière à Mayence.

 

Sources : https://academic.oup.com/gji/article/222/2/1316/5835686

https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/volcan-ancien-volcan-il-train-reveiller-plein-coeur-europe-81489

 

Incidemment, j'avais déjà parlé d'un problème survenu en Allemagne en 2010, lié possiblement à l'arc magmatique situé entre la France et l'Allemagnehttps://www.sciences-faits-histoires.com/blog/archives-sfh/2010-un-cratere-engloutit-une-voiture-en-allemagne-et-fait-des-degats.html

 

Yves Herbo et Traductions, Sciences-Faits-Histoires, 17-06-2020

 

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