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La science derrière les anneaux de fumée volcaniques

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C'est incroyable de penser à un volcan faisant des tours de fête. Mais il y a des volcans, comme le volcan Yasur au Vanuatu, qui peuvent littéralement souffler des anneaux de fumée.

La vue est vraiment enchanteresse, et si vous deviez la prendre en photo, les gens penseraient probablement qu'elle a été photographiée. Mais ce phénomène est bien réel et soulève des questions sur ses causes.

Des anneaux de fumée ont été observés à partir de nombreux volcans à travers le monde, mais le secret de leur mécanisme n'est que maintenant élucidé.

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Les volcans sont des ouvertures dans la croûte terrestre qui servent de sortie pour la fuite du magma et des gaz. Le magma varie en viscosité en fonction de facteurs tels que la température, la teneur en silice et la quantité de gaz dissous.

Ces facteurs déterminent non seulement si le magma s'écoulera librement ou aura plus de résistance (viscosité). Il détermine également si les gaz condensés pourront s'échapper du magma et former des anneaux de fumée.

Faisons un rapide tour d'horizon de nos connaissances sur les volcans et essayons de comprendre ce qui arrive à ces gaz piégés dans l'embouchure d'un volcan.

Comment se forment les volcans?

Il ya plus de 1500 volcans actifs sur la Terre, et peut-être plus sous les océans. Certains scientifiques pensent que 80% des éruptions volcaniques sur Terre ont lieu dans l'océan.

Hawaï, l'Alaska, la Californie, l'Oregon et Washington abritent la grande majorité des volcans aux États-Unis.

Il existe différentes manières de définir un volcan actif, mais en général, un volcan est dit actif s'il a eu au moins une éruption au cours des 10000 dernières années.

Cela peut être difficile à imaginer, compte tenu de la violence d'une éruption, mais la plupart des volcans se forment lentement. Ces volcans se forment lorsque le magma de l'intérieur du manteau supérieur de la Terre se fraye un chemin vers la surface. Une fois à la surface, il émerge pour former des coulées de lave et des dépôts de cendres.

Les volcans se forment à travers de nombreux cycles de telles éruptions. La lave se refroidit après être entrée en contact avec l'air, qui finit par durcir en couches qui forment finalement le volcan. Ce processus se produit à plusieurs reprises sur des milliers d'années et, au fil du temps, à mesure que le volcan continue à éclater, il devient souvent de plus en plus gros.

Qu'est-ce qui cause les éruptions volcaniques?

Le magma monte du manteau lorsqu'il fond. Cela peut être déclenché par des plaques tectoniques qui se séparent ou se poussent l'une contre l'autre, ou dans des `` points chauds '' où la croûte terrestre est mince.

Le magma, qui est relativement léger, remonte à la surface et s'échappe finalement par des ouvertures volcaniques. Les éruptions explosives auxquelles nous pensons souvent lorsque nous entendons le mot éruption se produisent rarement et dans des types spécifiques de volcans.

Celles-ci se produisent lorsque la pression devient trop élevée. Cela peut également se produire lorsque le magma entre en contact avec l'eau. La vapeur formée en conséquence est suffisante pour donner au volcan la pression nécessaire pour faire éruption.

Mais tous les volcans n'éclatent pas. Ceux qui le font sont connus sous le nom de volcans actifs.

Ces volcans font l'objet de nombreuses recherches et études malgré les défis et les dangers évidents.

Quels sont les différents types de volcans?

Il existe différents types de volcans. Les plus simples sont les cônes de cendres. Ils se produisent lorsque des particules et des gouttes de lave sont éjectées d'un évent volcanique. Au fil du temps, cela se forme un cône circulaire ou ovale, généralement avec un cratère en forme de bol au sommet. Les volcans à cône de cendres ont tendance à être courts, ne poussant qu'à environ 1000 pieds de haut.

Les stratovolcans sont parmi les montagnes les plus connues du monde: le mont Rainier et le mont Fuji sont tous deux des stratovolcans. Dans ces volcans, le magma des profondeurs de la Terre est canalisé vers la surface. La lave pénètre à la surface par des évents ou des fissures et forme des cônes aux parois abruptes. Les volcans composites peuvent exploser violemment et peuvent faire éruption de vapeur, de cendres et de roches au lieu de magma. Ce type d'éruption est collectivement connu sous le nom d'écoulement pyroclastique.

Les volcans boucliers, par contre, ont des pentes douces. Les éruptions de ces volcans sont plus fréquentes mais généralement non explosives. Leur magma a une faible viscosité, il peut donc voyager sur de grandes distances sur les pentes peu profondes du volcan.Ces volcans s'accumulent lentement avec le temps, avec des centaines d'éruptions, créant de nombreuses couches, plutôt que d'exploser de manière catastrophique. Le mont Kilauea à Hawaï est un volcan bouclier.

Certains volcans forment des dômes de lave. Ceux-ci sont créés par de petites masses de lave, de viscosité et d'acidité élevées, qui s'accumulent sur et autour de l'évent. Le dôme grandit à mesure que la lave à l'intérieur se dilate. Les dômes de lave peuvent exploser violemment, libérant une énorme quantité de roches chaudes et de cendres. Un exemple de volcan à dôme est le Puy de Dome en France.

Les éruptions de toutes sortes sont préjudiciables à la vie, même si certaines, comme les éruptions explosives, ont un pouvoir plus destructeur. Bien que les éruptions soient un sujet passionnant à étudier, les anneaux de fumée se produisent généralement lorsqu'aucune éruption ne se produit.

Expliquer les anneaux de fumée

Une théorie de Boris Behncke, volcanologue à l’Institut national italien de géophysique et de volcanologie, dit que ces anneaux ne sont en fait pas de la fumée mais de la vapeur d’eau et d’autres gaz comprimés.

Les anneaux de fumée sont difficiles à étudier car ils disparaissent rapidement dans l'atmosphère. Une explication probable des anneaux de fumée a été trouvée par un groupe de scientifiques dirigé par Fabio Pulvirenti. Pulvirenti est chercheur principal au Jet Propulsion Laboratory de la NASA.

L'approche de ce groupe était assez radicale. Ils ont admis qu'étudier ce phénomène à l'aide d'un équipement physique serait difficile, en raison de sa rareté. Au lieu de cela, ils ont créé des simulations sur un ordinateur.

Ils ont introduit les divers paramètres des anneaux de fumée volcaniques, tels que la vitesse, la hauteur et le temps de refroidissement dans un programme informatique. Ce programme était basé sur des concepts théoriques de la mécanique des fluides qui définissaient comment les gaz interagissaient avec le magma et la physique de la formation des vortex.

Ensuite, ils ont fait varier les paramètres pouvant affecter la formation des anneaux de fumée. Ils ont constaté que la modification de la pression et de la géométrie de l'évent à des valeurs particulières entraînait l'apparition et la disparition d'anneaux de fumée.

Dans la simulation, des gaz condensés, principalement de la vapeur d'eau, se sont échappés du magma et ont été propulsés par l'évent du volcan. Cette vapeur volcanique, plus chaude et moins dense que l'air environnant, dérive vers le haut et commence à se dilater.

Le mécanisme est semblable à ce qui se passe dans la bouche du fumeur lorsqu'il souffle des anneaux de fumée. Il a été établi que le volcan doit avoir une ouverture raisonnablement étroite pour que les anneaux se forment.

Mais le mystère ne s’arrête pas là.

Pourquoi ces volcans ne soufflent-ils pas toujours des anneaux de fumée?

La bonne question n’est donc pas de savoir comment ils se produisent mais pourquoi ils ne se produisent pas la plupart du temps lorsque les conditions sont remplies. Et la réponse probable est assez simple: le vent.

Les vents rapides ne laissent pas les anneaux de fumée se former, ou du moins ils ne sont pas assez grands pour être observables.

Emballer

Les premiers métaphysiciens et scientifiques ont développé la compréhension que nous avons aujourd'hui du monde en observant la nature. Aujourd'hui, nous constatons une déconnexion entre nos chercheurs et la nature.

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Dans le même temps, la technologie et les méthodes de recherche que nous utilisons aujourd'hui sont essentielles à notre compréhension de la nature, comme l’a démontré l’équipe de Pulvirenti.

Le choix entre les deux restera toujours un dilemme pour les scientifiques. Et ils doivent trouver un équilibre pour faire un travail vraiment inspirant.

L'étude montre que quelle que soit la technologie de pointe, la nature aura toujours quelque chose à nous apprendre.


Voir la vidéo: Sounds of Saturn and Saturn rings (Mai 2022).