Natural Wonders and How They Work

Some things in nature look so strange that they feel like magic, even when you know the science behind them. Green curtains of light ripple across Arctic skies. Waves glow bright blue on a dark beach. Smooth, saucer-shaped clouds hang perfectly still above a mountain. In one California desert, heavy stones slide across a dry lakebed and leave long tracks behind them.

Certains phénomènes naturels paraissent si étranges qu'ils semblent magiques, même quand on connaît la science qui les explique. Des rideaux de lumière verte ondulent dans le ciel arctique. Des vagues brillent d'un bleu vif sur une plage plongée dans le noir. Des nuages lisses, en forme de soucoupe, restent parfaitement immobiles au-dessus d'une montagne. Dans un désert de Californie, de lourdes pierres glissent sur le fond d'un lac asséché et laissent de longues traces derrière elles.

None of this is a miracle. Every one of these events follows the same laws of physics, chemistry and biology as the rest of nature. Knowing how they work doesn't spoil them, though. For many people it makes them even more impressive. Here are some of the most spectacular natural phenomena on Earth and what causes them.

Rien de tout cela n'est un miracle. Chacun de ces phénomènes obéit aux mêmes lois de la physique, de la chimie et de la biologie que le reste de la nature. Savoir comment ils se produisent ne leur enlève pourtant rien. Pour beaucoup de gens, cela les rend même encore plus impressionnants. Voici quelques-uns des phénomènes naturels les plus spectaculaires de la planète, et ce qui les provoque.

The aurora borealis, or northern lights, is probably the most famous light show in nature. Waves of green, pink and violet light ripple across the night sky in a wide ring around the North Pole, over places like northern Norway, Iceland, Alaska and northern Canada. For centuries the lights have shaped local legends, and today thousands of tourists travel north every winter just to see them.

L'aurore boréale est sans doute le spectacle lumineux le plus célèbre de la nature. Des vagues de lumière verte, rose et violette ondulent dans le ciel nocturne, le long d'un large anneau autour du pôle Nord, au-dessus du nord de la Norvège, de l'Islande, de l'Alaska ou du nord du Canada. Depuis des siècles, ces lumières nourrissent les légendes locales, et aujourd'hui des milliers de touristes partent chaque hiver vers le nord rien que pour les voir.

The aurora begins with the Sun, which constantly sends out a stream of charged particles called the solar wind. Earth's magnetic field steers some of these particles toward the polar regions. There they crash into gases high in the atmosphere, mostly 100 to 300 kilometers up, and make them give off light. Oxygen glows green or red, while nitrogen adds blue and purple. When the Sun is very active, the aurora spreads much farther from the poles: in May 2024, people saw it as far south as Italy and Texas. The Southern Hemisphere has its own version, the aurora australis, or southern lights.

Tout commence avec le Soleil, qui émet en permanence un flux de particules chargées appelé vent solaire. Le champ magnétique terrestre guide une partie de ces particules vers les régions polaires. Là, elles percutent les gaz de la haute atmosphère, surtout entre 100 et 300 kilomètres d'altitude, et les font briller. L'oxygène donne du vert ou du rouge, tandis que l'azote ajoute du bleu et du violet. Quand le Soleil est très actif, les aurores s'étendent bien plus loin des pôles : en mai 2024, on en a vu jusqu'en Italie et au Texas. L'hémisphère Sud a sa propre version, l'aurore australe.

On some nights, the waves breaking on a beach glow an electric blue-green. Move your hand through the water and it leaves a trail of cold, ghostly light. This is bioluminescence, light made by living things. It is far more common than most people realize, but most of it happens where nobody sees it, in the darkness of the deep ocean.

Certaines nuits, les vagues qui se brisent sur la plage brillent d'un bleu-vert électrique. Passez la main dans l'eau, et elle laisse une traînée de lumière froide et fantomatique. C'est la bioluminescence, la lumière produite par des êtres vivants. Elle est bien plus répandue qu'on ne le pense, mais l'essentiel se passe là où personne ne la voit, dans l'obscurité des grands fonds.

The glowing waves are usually caused by dinoflagellates, tiny single-celled plankton that flash blue when the water around them moves. The light comes from a chemical reaction: a molecule called luciferin reacts with oxygen, helped by an enzyme called luciferase. Jellyfish, squid and many deep-sea fish make light too, and so do fireflies on land. A 2017 study off the coast of California found that about three quarters of the animals living in the open ocean can glow. They use light to find food, attract mates and confuse predators. Mosquito Bay in Puerto Rico and Vaadhoo Island in the Maldives are famous for their glowing water.

Les vagues lumineuses sont généralement dues aux dinoflagellés, un plancton minuscule composé d'une seule cellule, qui émet un éclair bleu quand l'eau bouge autour de lui. La lumière vient d'une réaction chimique : une molécule appelée luciférine réagit avec l'oxygène, grâce à une enzyme, la luciférase. Les méduses, les calmars et de nombreux poissons des profondeurs produisent eux aussi de la lumière, tout comme les lucioles sur la terre ferme. Une étude menée en 2017 au large de la Californie a montré qu'environ trois quarts des animaux vivant en haute mer peuvent briller. Ils s'en servent pour trouver de la nourriture, attirer un partenaire et dérouter leurs prédateurs. Mosquito Bay, à Porto Rico, et l'île de Vaadhoo, aux Maldives, sont célèbres pour leurs eaux lumineuses.

Ball lightning is the strangest and least understood event in our weather. For centuries, people have described glowing balls of light, anywhere from the size of a golf ball to the size of a beach ball, that appear during thunderstorms. They float through the air for a few seconds, sometimes drift into rooms or even pass through windows, and then either fade quietly or disappear with a loud bang.

La foudre en boule est le phénomène météorologique le plus étrange et le moins bien compris. Depuis des siècles, des témoins décrivent des boules lumineuses, de la taille d'une balle de golf à celle d'un ballon de plage, qui apparaissent pendant les orages. Elles flottent dans l'air quelques secondes, entrent parfois dans une pièce ou traversent même une vitre, puis s'éteignent en silence ou disparaissent dans une forte détonation.

Because it is rare and lasts only seconds, ball lightning was very hard to study, and some scientists doubted that it existed at all. Then, in 2012, Chinese researchers who were studying ordinary lightning on the Tibetan Plateau happened to record a glowing ball with their cameras and instruments. It shone for about a second and a half, and its light showed silicon, iron and calcium, elements found in soil. This supports a popular theory: a lightning strike turns soil into hot vapor, and that cloud glows as it burns. Other theories involve plasma or microwaves, and scientists still don't agree on the cause.

Comme elle est rare et ne dure que quelques secondes, la foudre en boule était très difficile à étudier, et certains scientifiques doutaient même de son existence. Puis, en 2012, des chercheurs chinois qui étudiaient la foudre ordinaire sur le plateau tibétain ont filmé par hasard une boule lumineuse avec leurs caméras et leurs instruments. Elle a brillé environ une seconde et demie, et sa lumière révélait du silicium, du fer et du calcium, des éléments présents dans le sol. Cela appuie une théorie répandue : un coup de foudre transforme la terre en vapeur brûlante, et ce nuage brille en se consumant. D'autres théories font intervenir le plasma ou les micro-ondes, et les scientifiques ne sont toujours pas d'accord sur la cause.

During some volcanic eruptions, lightning flashes through the huge cloud of ash rising from the volcano. Scientists sometimes call this a “dirty thunderstorm.” It is one of the most frightening sights in nature, and one of the oldest on record: the Roman writer Pliny the Younger described flashes like lightning in the dark cloud over Mount Vesuvius in AD 79.

Lors de certaines éruptions, des éclairs traversent l'immense nuage de cendres qui s'élève du volcan. Les scientifiques parlent parfois d'« orage sale ». C'est l'un des spectacles les plus effrayants de la nature, et l'un des plus anciennement décrits : l'écrivain romain Pline le Jeune a raconté les éclairs qui zébraient le nuage noir au-dessus du Vésuve en 79 apr. J.-C.

The lightning comes from electric charge. Inside the ash cloud, bits of rock and ash rub and crash into each other, and if the cloud rises high enough, ice forms in it too. These collisions build up positive and negative charges in different parts of the cloud, much as in an ordinary thunderstorm, until the charge is released as lightning. Volcanic lightning has been seen over Eyjafjallajökull in Iceland in 2010, over Mount Etna in Sicily and over Sakurajima in Japan. The 2022 eruption of Hunga Tonga in the Pacific produced the most intense lightning ever recorded, with hundreds of thousands of flashes in less than a day.

Ces éclairs sont dus à des charges électriques. Dans le nuage de cendres, les fragments de roche et de cendre se frottent et se heurtent, et si le nuage monte assez haut, de la glace s'y forme aussi. Ces collisions accumulent des charges positives et négatives dans différentes parties du nuage, un peu comme dans un orage ordinaire, jusqu'à ce que la charge se libère sous forme d'éclair. On a observé des éclairs volcaniques au-dessus de l'Eyjafjallajökull en Islande en 2010, de l'Etna en Sicile et du Sakurajima au Japon. L'éruption du Hunga Tonga, dans le Pacifique, en 2022, a produit l'activité électrique la plus intense jamais enregistrée, avec des centaines de milliers d'éclairs en moins d'une journée.

On Racetrack Playa, a dry lakebed in a remote corner of Death Valley in California, rocks sit at the ends of long tracks in the cracked mud. Some of the tracks are straight, others curve or zigzag, and some of the rocks weigh more than 300 kilograms. The tracks clearly showed that the stones moved, but for decades nobody had ever seen one move.

Sur la Racetrack Playa, un lac asséché situé dans un coin reculé de la Vallée de la Mort, en Californie, des rochers reposent au bout de longues traces creusées dans la boue craquelée. Certaines traces sont droites, d'autres courbes ou en zigzag, et certains rochers pèsent plus de 300 kilos. Ces traces prouvaient que les pierres bougeaient, mais pendant des décennies, personne ne les avait jamais vues se déplacer.

Geologists puzzled over the stones for more than 60 years. The answer finally came in December 2013, when a team using GPS trackers and time-lapse cameras caught the rocks in motion. In winter, rain and melting snow sometimes form a shallow pond on the playa. On cold nights its surface freezes into a sheet of ice only a few millimeters thick. On a sunny day the ice breaks into large floating panels, and a light wind pushes them across the water. The panels push the rocks ahead of them, a few meters per minute, and the stones leave tracks in the soft mud underneath. So the stones don't move by themselves, and they don't float: thin, almost invisible ice pushes them.

Les géologues se sont penchés sur ces pierres pendant plus de 60 ans. La réponse est enfin arrivée en décembre 2013, quand une équipe équipée de balises GPS et de caméras en accéléré a filmé les rochers en mouvement. En hiver, la pluie et la neige fondue forment parfois une mare peu profonde sur la playa. Les nuits froides, sa surface gèle en une couche de glace de quelques millimètres d'épaisseur. Par une journée ensoleillée, la glace se brise en grandes plaques flottantes qu'un vent léger pousse sur l'eau. Ces plaques poussent les rochers devant elles, à quelques mètres par minute, et les pierres laissent des traces dans la boue molle en dessous. Les pierres ne bougent donc pas toutes seules, et elles ne flottent pas : c'est une glace fine, presque invisible, qui les pousse.

Lenticular clouds, known to scientists as altocumulus lenticularis, look like something from another world. They are smooth, lens-shaped discs that hang over or just behind mountain peaks, sometimes stacked like a pile of plates. Strong winds blow all around them, yet they stay in the same place for a long time. Not surprisingly, people often report them as UFOs.

Les nuages lenticulaires, que les scientifiques appellent altocumulus lenticularis, semblent venir d'un autre monde. Ce sont des disques lisses en forme de lentille, suspendus au-dessus ou juste derrière les sommets, parfois empilés comme des assiettes. Des vents forts soufflent tout autour, et pourtant ils restent longtemps au même endroit. Rien d'étonnant à ce qu'on les signale souvent comme des OVNI.

They form when a steady, moist wind blows over a mountain. The mountain pushes the air up and sets off a series of waves in the air behind it, a bit like the ripples in a stream behind a rock. Where the air rises to the top of a wave, it cools and its moisture turns into cloud. Where it sinks again, it warms up and the cloud disappears. Air keeps flowing through the cloud, but because the cloud keeps forming on one side and disappearing on the other, it seems to stand still. Lenticular clouds are often seen over lone mountains such as Mount Fuji in Japan, Mount Rainier in the United States and the Matterhorn in the Alps.

Ils se forment quand un vent humide et régulier passe au-dessus d'une montagne. La montagne pousse l'air vers le haut et crée derrière elle une série d'ondes dans l'air, un peu comme les rides d'un ruisseau derrière un rocher. Là où l'air monte au sommet d'une onde, il se refroidit et son humidité se condense en nuage. Là où il redescend, il se réchauffe et le nuage disparaît. L'air continue de traverser le nuage, mais comme celui-ci se reforme sans cesse d'un côté et se dissipe de l'autre, il semble immobile. On voit souvent des nuages lenticulaires au-dessus de montagnes isolées comme le mont Fuji au Japon, le mont Rainier aux États-Unis ou le Cervin dans les Alpes.

Every fall, hundreds of millions of monarch butterflies fly south from Canada and the northern United States. Some travel more than 4,000 kilometers to reach the fir forests in the mountains of central Mexico. There they spend the winter packed together on the trees in such huge numbers that their weight can bend the branches.

Chaque automne, des centaines de millions de papillons monarques quittent le Canada et le nord des États-Unis pour voler vers le sud. Certains parcourent plus de 4 000 kilomètres pour rejoindre les forêts de sapins des montagnes du centre du Mexique. Ils y passent l'hiver, serrés les uns contre les autres sur les arbres, en si grand nombre que leur poids peut faire plier les branches.

The strangest part is that no single butterfly makes the whole round trip. The monarchs that leave Mexico in spring lay eggs in the southern United States and die. Their young continue north, and only after three or four generations does a new generation fly all the way back. So the butterflies that arrive in Mexico each fall have never been there before: they are usually the great-great-grandchildren of the ones that left. Scientists believe they find their way with a sun compass, corrected for the time of day by a clock in their antennae, and they may also sense Earth's magnetic field. How an insect with such a tiny brain finds a small patch of forest it has never seen is still not fully understood.

Le plus étonnant, c'est qu'aucun papillon ne fait à lui seul tout l'aller-retour. Les monarques qui quittent le Mexique au printemps pondent dans le sud des États-Unis, puis meurent. Leurs descendants poursuivent vers le nord, et ce n'est qu'au bout de trois ou quatre générations qu'une nouvelle génération refait tout le chemin en sens inverse. Les papillons qui arrivent au Mexique chaque automne n'y sont donc jamais allés : ce sont en général les arrière-arrière-petits-enfants de ceux qui sont partis. Les scientifiques pensent qu'ils s'orientent grâce à une boussole solaire, corrigée selon l'heure de la journée par une horloge située dans leurs antennes, et qu'ils perçoivent peut-être aussi le champ magnétique terrestre. Comment un insecte doté d'un cerveau si minuscule retrouve un petit coin de forêt qu'il n'a jamais vu reste encore mal compris.

Long before science could explain them, natural phenomena found their way into stories and beliefs. In Finnish folklore, the northern lights were sparks thrown into the sky by the tail of a fox running across the snow, and the Finnish word for them, revontulet, means “fox fires.” The Sami people of northern Scandinavia treated the lights with respect and told children not to wave or whistle at them. In Mexico, the monarchs arrive around the Day of the Dead in early November, and many people believe they carry the souls of the dead.

Bien avant que la science puisse les expliquer, les phénomènes naturels ont trouvé leur place dans les récits et les croyances. Dans le folklore finlandais, les aurores boréales étaient des étincelles projetées dans le ciel par la queue d'un renard courant sur la neige, et le mot finnois qui les désigne, revontulet, signifie « feux du renard ». Les Samis du nord de la Scandinavie traitaient ces lumières avec respect et disaient aux enfants de ne pas leur faire signe ni siffler. Au Mexique, les monarques arrivent vers le Jour des morts, début novembre, et beaucoup de gens croient qu'ils portent l'âme des défunts.

These events still affect us today. Psychologists who study awe, the feeling we get in front of something so vast that we can't fully take it in, have linked it to lower stress, a stronger sense of connection to other people and more generous behavior. Standing under the aurora or on a beach full of glowing waves, many people say they feel small, but in a good way.

Ces phénomènes nous touchent encore aujourd'hui. Les psychologues qui étudient l'émerveillement, ce sentiment que l'on éprouve face à quelque chose de si vaste qu'on ne peut pas tout à fait le saisir, l'associent à un stress plus faible, à un sentiment plus fort de lien avec les autres et à un comportement plus généreux. Sous une aurore ou sur une plage aux vagues lumineuses, beaucoup disent se sentir petits, mais d'une manière agréable.

Auroras, glowing seas, sailing stones and migrating butterflies all have scientific explanations, or at least good working theories. Some, like ball lightning, still keep part of their secret, and discoveries keep coming: the sailing stones were caught moving for the first time only in 2013.

Aurores, mers lumineuses, pierres mouvantes et papillons migrateurs ont tous une explication scientifique, ou au moins de solides hypothèses. Certains, comme la foudre en boule, gardent encore une part de leur secret, et les découvertes se poursuivent : les pierres mouvantes n'ont été filmées en mouvement pour la première fois qu'en 2013.

Science has not taken the wonder out of these events. Knowing that a butterfly steers by the Sun with the help of a clock in its antennae, or that a wave glows because of billions of tiny plankton, only makes them more interesting. Many of these sights are also easy to reach. A winter trip to the far north or a dark beach on a warm night may be enough to see one for yourself.

La science n'a pas enlevé leur magie à ces phénomènes. Savoir qu'un papillon se guide sur le Soleil grâce à une horloge dans ses antennes, ou qu'une vague brille grâce à des milliards de minuscules organismes du plancton, les rend seulement plus intéressants. Beaucoup de ces spectacles sont en outre faciles d'accès. Un voyage d'hiver dans le Grand Nord ou une plage sombre par une nuit chaude peuvent suffire pour en voir un de ses propres yeux.