18 mai 1980, le jour où le Mont St Helens a explosé (1ère partie) // May 18th, 1980, the day when Mount St Helens exploded (part 1)

Avril 1980, les jours d’avant.

Le 18 mai 2020 marquera le 40ème anniversaire de l’éruption cataclysmale du Mont St Helens en mai 1980. Dans un article récent, l’US Geological Survey (USGS) explique le travail effectué par les volcanologues américains pendant les jours qui ont précédé l’événement.
Il y a quarante ans, aucun scientifique de l’USGS n’était formé à la surveillance de tous les types de volcans actifs. Le travail se limitait à l’observation des éruptions du Kilauea et du Mauna Loa à Hawaï; et les volcanologues n’avaient jamais étudié sur le terrain les volcans composites qui s’alignent le long de la Chaîne des Cascades. De plus, les instruments n’étaient pas aussi performants que ceux utilisés aujourd’hui. Les ordinateurs n’étaient pas répandus et les observations par satellite se comptaient sur les doigts de la main.
Début avril, un renflement avait été observé sur le flanc nord du Mont St Helens ; les glaciers se fracturaient sous sa poussée et un cratère s’était formé à l’arrière de cette bosse qui gonflait en direction du nord. Le phénomène était inquiétant, mais les scientifiques ne savaient pas s’il s’agissait d’un événement superficiel ou le signe d’une déformation plus profonde et plus grande ampleur qui pourrait se développer au-delà du volcan.

Crédit photo: USGS

Pour répondre à cette question, le personnel de l’USGS sur le terrain au mois d’avril 1980 a utilisé le Spirit Lake, alors encore recouvert de glace au nord du volcan, comme inclinomètre à liquide. Les scientifiques ont cloué des repères en bois sur des souches d’arbres ou des embarcadères autour du lac. Grâce à des rotations d’hélicoptères, ils ont relevé les niveaux d’eau sur six sites pendant environ 20 minutes et calculé les différences. La répétition des mesures jusqu’à la fonte de la glace à la mi-avril n’a montré aucune variation significative de niveau.

Vue du Spirit Lake avec le Mont St Helens à l’arrière-plan (Photo: C. Grandpey)

Les scientifiques ont alors commencé à se concentrer les mesures de déformation sur le renflement apparu sur le versant nord du Mont St Helens. La surface plane du parking du terrain de camping Timberline, situé juste au nord-est du renflement, était parfaite pour mesurer l’inflation, en utilisant une méthode mise au point par le HVO à Hawaii. Des clous ont été enfoncés dans la chaussée aux extrémités d’un triangle d’environ 10 m de côté. Ils ont servi de points de repères pour déterminer les variations d’élévation relatives. Des mesures répétées, souvent pendant des tempêtes de neige, ont révélé les variations d’élévation du sol. Sept relevés entre le 30 mars et le 30 avril ont montré une inclinaison globale environ 2 microradians par jour à bonne distance du renflement. Cette petite variation d’inclinaison était une preuve supplémentaire que la déformation était concentrée sur le renflement proprement dit.

Mesure du tilt (inclinaison) au parking du camping de Timberline (Crédit photo: USGS)

D’importantes inclinaisons de plusieurs dizaines de microradians pendant seulement quelques minutes se superposaient à l’inclinaison globale. Le parking oscillait d’avant en arrière, probablement sous l’effet du mouvement saccadé du renflement sur le flanc du volcan. Pour fournir des données d’inclinaison en continu, des inclinomètres électroniques ont été installés fin avril. Cependant, des problèmes techniques et l’instabilité du sol à cause du dégel ont limité leur utilisation.
Il devenait évident qu’un télémètre électronique – Electronic Distance Meter (EDM) – était indispensable pour mesurer le renflement sur le flanc du volcan. Les EDM performants étaient coûteux et difficilement disponibles à cette époque. Un tel instrument était disponible à la Smithsonian Institution et un prêt a été conclu. Les mesures ont commencé le 20 avril 1980.
Les mesures EDM ne sont pas simples. Un EDM suppose l’installation d’une cible qui réfléchit un rayon laser vers l’instrument.

Normalement, des prismes en verre coûteux sont utilisés, mais tout ce qui devait être installé sur le renflement devait être bon marché. L’USGS a opté pour des réflecteurs routiers en plastique qui ont été vissés sur une planche qui a été ensuite boulonnée sur un panneau en acier enfoncé dans le sol à des emplacements situés sur et  près du renflement, et accessibles par hélicoptère. A l’aide de ces cibles de fortune, de l’EDM et d’un théodolite optique à l’ancienne, les scientifiques de l’USGS ont pu mesurer la progression du renflement qui atteignait jusqu’à 1,5 m par jour. Ils ont pu aussi définir les limites du renflement et obtenir des données fiables.
Source: USGS.

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April 1980, the days before the event.

May 18th, 2020 will mark the 40th anniversary of the powerful Mt St Helens eruption in May 1980. In a recent article, the U.S. Geological Survey (USGS) explains the work they had to do during the days that preceded the event.

Forty years ago, no scientists in the USGS and academia were adept at monitoring all types of active volcanoes. Their expertise came from the observations of eruptions on Kilauea and Mauna Loa in Hawaii; they had never worked on the steep composite volcanoes that dominate the Cascade Range. Equipment was remedial by today’s standards, computers were not in general use, and satellite observations were limited.

By early April, a growing bulge had appeared high on the north flank of the volcano (see image above), cracking glaciers and leaving a crater behind as it moved northward. This phenomenon was alarming, but scientists did not know whether it was a shallow feature or only the tip of deeper, larger deformation that might reach beyond the volcano.

To answer this question, USGS staff in April used ice-covered Spirit Lake (see image above) north of the volcano as a large liquid tiltmeter. They nailed wooden yardsticks to tree stumps or dock piers around the lakeshore where open water was present. Using helicopter hops, they read water levels at six sites in about 20 minutes and calculated their differences. Repeat measurements until the ice melted in mid-April showed no change.

The scientists could thus focus deformation measurements on the bulge itself. The flat parking lot at Timberline campground just northeast of the bulge was perfect for measuring tilt, using a method developed at HVO (see photo above). They drove nails into the pavement at the tips of a triangle about 10 m on a side and leveling determined their relative elevations. Repeated leveling, often during snowstorms, found changes in elevation caused by tilting ground. Seven levelings (March 30th – April 30th) showed an overall tilt away from the bulge at about 2 microradians per day. This small tilt was further evidence that deformation was concentrated in the bulge itself.

Huge tilts of tens of microradians lasting only a few minutes were superimposed on the overall tilt. The parking lot was swaying back and forth, probably because of jerky movement of the bulge itself. To provide continuous tilt data, electronic platform tiltmeters were installed in nearby areas in late April. However, instrument problems and sites made unstable by thawing ground limited their use.

It became clear that there was the need for an electronic distance meter (EDM) to make measurements of the bulge itself. Powerful EDMs were expensive and not readily available. An instrument was located at the Smithsonian Institution and a loan was arranged. Measurements began on April 20th, 1980. EDM measurements were not straightforward. An EDM requires a target that reflects a laser back to the instrument (see principle above). Normally, costly glass prisms were used, but anything on the bulge had to be cheap. HVO opted for plastic highway reflectors that were screwed to a board which was bolted onto a steel signpost driven into the ground at helicopter-accessible sites on and near the bulge. These makeshift targets, the loaned EDM, and an old-fashioned optical theodolite allowed USGS scientists to measure bulge movement of up to 1.5 m per day, define the limits of the bulge, and otherwise obtain reliable data.

Source : USGS.

La hausse du niveau la mer il y a 14 000 ans // Sea level rise 14,000 years ago

Selon de nouvelles recherches qui viennent d’être publiées dans Nature Geoscience, la fonte de la calotte glaciaire eurasienne il y a environ 14 000 ans a fait monter le niveau de la mer d’environ 8 mètres. Cela montre les risques encourus avec la fonte rapide des calottes glaciaires aujourd’hui. .
Le dernier maximum glaciaire sur Terre a commencé il y a environ 33 000 ans, quand de vastes calottes glaciaires couvraient une grande partie de l’hémisphère Nord. À l’époque, la calotte glaciaire eurasienne – qui couvrait une grande partie de la Scandinavie – contenait environ trois fois la quantité d’eau gelée stockée aujourd’hui dans la calotte glaciaire du Groenland (voir ma dernière note à ce sujet).
Le réchauffement rapide qui a affecté cette région du globe a fait disparaître la calotte glaciaire eurasienne en seulement 500 ans. En analysant les carottes de sédiments prélevées en Mer de Norvège, l’équipe de chercheurs a constaté que la fonte très rapide de cette calotte glaciaire avait donné naissance à à un événement connu sous le nom d’Impulsion de Fonte 1A (Meltwater 1A, en anglais), période qui a vu le niveau de la mer à l’échelle de la planète s’élever d’une hauteur atteignant jusqu’à 25 mètres entre il y a 13 500 et 14 700 ans.
La fonte de la calotte glaciaire eurasienne a coïncidé avec de profondes fluctuations de température régionales. Des études sur les carottes prélevées dans la calotte glaciaire du Groenland laissent supposer que l’atmosphère au-dessus du Groenland s’était réchauffée jusqu’à 14°C en quelques décennies à cette époque. Les chercheurs pensent que ce réchauffement a été la principale cause de la disparition de la calotte glaciaire eurasienne.
Quand la Terre connaît une hausse globale des températures, les pôles se réchauffent beaucoup plus rapidement que d’autres régions. Les concentrations atmosphériques de CO2 étaient d’environ 240 parties par million (ppm)  à l’époque de l’Impulsion de Fonte 1A, contre plus de 415 ppm actuellement.
La calotte glaciaire du Groenland, qui contient suffisamment d’eau gelée pour faire s’élever le niveau de la mer de plus de six mètres, fond actuellement à une vitesse record. Le Groenland a perdu une masse de plus de 560 milliards de tonnes de glace rien qu’en 2019. Certaines parties du Groenland et de l’Antarctique fondent désormais six fois plus vite qu’ en 1990.
L’étude montre que la totalité de la calotte glaciaire eurasienne a fondu en quelques siècles, ajoutant chaque année plus de quatre centimètres au niveau de la mer, avec une hausse finale d’environ  4,50 à 7,90 mètres.
Les calottes glaciaires de la planète qui fondent ou se désintègrent sous l’effet de la hausse des températures sont soumises à ce que les climatologues appellent des «points de basculement» de la température. De nombreux chercheurs craignent que les calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique occidental continuent de fondre même si (une utopie ?) le réchauffement climatique ralentit avec une réduction des émissions de CO2. La localisation exacte des « points de basculement », que ce soit pour les calottes glaciaires passées ou pour les calottes glaciaires actuelles du Groenland et de l’Antarctique, reste une inconnue.
Source : presse internationale.

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According to new research that has just been published in Nature Geoscience, the melting of the Eurasian ice sheet around 14,000 years ago lifted global sea levels by about eight metres. This highlights the risks of today’s rapid ice cap melting. .

Earth’s last Glacial Maximum period began around 33,000 years ago, when vast ice sheets covered much of the Northern Hemisphere. At the time, the Eurasian ice sheet – which covered much of Scandinavia – contained approximately three times the amount of frozen water held in the modern-day Greenland ice sheet (see my last post on this topic).

Rapid regional warming saw the ice sheet collapse over a period of just 500 years. Analysing sediment drill cores from the Norwegian Sea, the research team found that the ice sheet’s collapse contributed to an event known as Meltwater 1A, a period that saw as much as 25 metres added to global sea levels between 13,500-14,700 years ago.

The Eurasian ice sheet melt coincided with vast regional temperature swings. Studies of ice cores drilled from the Greenland ice sheet have suggested that the atmosphere above Greenland warmed by up to 14°C in a few decades at this time. The researchers think this warming was the main driver of the ice sheet collapse.

While Earth is heating everywhere, parts of the world such as the poles are warming far faster than others. Atmospheric concentrations of CO2 were around 240 parts per million at the time, compared with over 415 ppm currently.

The Greenland ice sheet, which contains enough frozen water to lift global sea levels more than six metres, is currently melting at record rates. It lost more than 560 billion tonnes of mass in 2019 alone. Parts of Greenland and Antarctica are now melting six times faster than they were in 1990.

The study shows that the entire Eurasian ice sheet melted in a matter of a few centuries, adding more than four centimetres to sea levels annually, which means around 4.5-7.9 metres in total.

Ice sheets melting or breaking away as global temperatures rise are subject to what climate scientists call temperature « tipping points. » Many researchers fear that the ice sheets in Greenland and West Antarctica will continue to melt even if warming is slowed as carbon emissions are cut. Where the exact tipping-points are located, both for the past ice sheets and the current ice sheets in Greenland and Antarctica, remain however unknown.

Source : I

international press.

Photos: C. Grandpey

L’éruption du Kilauea (Hawaii) déclenchée par la pluie? La réponse du HVO ! // Kilauea eruption triggered by the rain ? HVO’s answer !

La note précédente faisait référence à un article de The Guardian expliquant que, selon une étude récente, l’éruption du Kilauea en 2018 (Hawaï) aurait été déclenchée par des précipitations extrêmes au cours des mois précédents.
En réponse à cette étude, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) écrit: « Cette hypothèse sur les fortes précipitations est source de réflexion, mais les habitants de la Grande Ile d’Hawaii doivent-ils craindre pour autant que de fortes pluies provoquent la prochaine éruption? »
Au vu des données rassemblées par le HVO en 2018, ainsi que de nombreuses études sur les éruptions précédentes, la réponse du HVO est que non, les habitants de la Grande Ile n’ont pas à redouter une telle corrélation. L’augmentation de la pression dans le système magmatique – qui est bien plus forte que la variation de pression causée par l’infiltration des eaux de pluie – a été le principal moteur de déclenchement de l’éruption de 2018.
Pour le HVO, l’annonce de l’éruption se trouve dans les données de déformation du sol dans sur l’ensemble du Kilauea dans la période qui a précédé l’événement. C’est ce que j’ai expliqué dans ma note précédente en montrant la courbe du tiltmètre en 2013, époque où l’inflation de l’édifice volcanique était déjà enregistrée. Plus près de nous, les tiltmètres et les stations GPS ont enregistré un soulèvement rapide de la surface du sol au niveau du Pu’uO’o à partir de mars 2018, suite à l’augmentation de la pression dans le système d’alimentation. De plus, une inflation rapide a commencé au sommet du Kilauea quelques semaines plus tard, lorsque le réservoir sommital a commencé gonfler. Cette augmentation de pression magmatique s’est traduite par une hausse de niveau des lacs de lave dans le Pu’uO’o et au sommet du Kilauea, avec des débordements spectaculaires sur le plancher de l’Halema’uma’u.
Cette situation a conduit le HVO à publier un bulletin spécial le 17 avril 2018, dans lequel il était fait état de l’augmentation de la pression magmatique, avec le risque de voir une nouvelle bouche éruptive apparaître dans l’East Rift Zone.
En résumé, si l’on se réfère aux paramètres de surveillance du HVO, il est évident que c’est bien la hausse de pression du magma qui a été le moteur de déclenchement des événements de fin avril et début mai 2018. Aucun processus externe, comme les précipitations, n’est intervenu.
Source: USGS / HVO.

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The previous postreferred to an article published in The Guardian explaining that, according to a recent study, the 2018 Kilauea eruption (Hawaii) had been triggered by extreme rainfall in the preceding months.

As a response to the study, the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) writes: “This hypothesis about heavy rainfall is thought-provoking, but does it mean that Hawaii residents need to be concerned that heavy rain might cause the next eruption?”

Based on the observatory’s analysis of data collected in 2018, plus many studies of previous eruptions, HVO’s answer is that no, residents need not be concerned about a connection. Increasing pressure in the magmatic system, which far exceeds the change in pressure modelled as due to rainwater infiltration, was the primary driver in triggering the 2018 eruption.

For HVO, the smoking gun is found in the ground deformation record across a broad region of Kilauea Volcano leading up to the eruption. This was what I explained in my previous post showing the tiltmeter plot in 2013 when inflation of the volcanic edifice was already recorded. More specifically, tiltmeter and GPS stations recorded rapid uplift of the ground surface, best explained as the result of increasing pressure within the magmatic plumbing system at Pu’uO’o, starting in March 2018. Rapid uplift began at the summit of Kilauea a few weeks later as the summit reservoir began inflating. This pressurization was widespread and drove lava lakes at Pu’uO’o and the summit to unusually high levels, causing significant overflows in Halema’uma’u.

These changes were so clear that HVO issued a Volcano Activity Notice on April 17th, 2018, noting ongoing pressurization, and forecasting that a new eruptive vent could form on the East Rift Zone.

In summary, HVOs consensus interpretation of the monitoring data is that magma pressurization was the driving force in triggering the events of late April and early May of 2018. No external process, such as rainfall, is needed to explain this.

Source: USGS / HVO.

Effondrement spectaculaire du Pu’uO’o au moment de l’éruption du Kilauea en 2018 (Source: USGS / HVO)

Le pluie a-t-elle déclenché l’éruption du Kilauea (Hawaii) en 2018 ? // Did rain trigger the 2018 Kilauea eruption (Hawaii) ?

On peut lire sur le site de The Guardian un article particulièrement surprenant. Selon une nouvelle étude, l’éruption du Kilauea en 2018 à Hawaii aurait été déclenchée par les très fortes pluies qui se sont abattues sur l’archipel au cours des mois précédents. L’influence des précipitations ou de la fonte de la neige a été observée ponctuellement sur certains volcans comme l’Etna. En percolant, l’eau peut atteindre le magma de sorte que les éruptions peuvent parfois devenir phréato-magmatiques, donc plus explosives, en raison de l’interaction entre l’eau et la roche en fusion. Quant à provoquer une longue éruption comme celle du Kilauea, c’est une autre affaire!
S’agissant du Kilauea, les auteurs de l’étude pensent que le dérèglement climatique, en provoquant des conditions météorologiques extrêmes, peut entraîner une augmentation des éruptions dans le monde.
On se souvient que la dernière éruption du Kilauea a été spectaculaire, avec l’ouverture de fractures, des explosions et des effondrements sommitaux, sans oublier un séisme de magnitude M 6,9 qui a provoqué d’importants dégâts. Cependant, jusqu’à présent, les volcanologues n’avaient pas déterminé la raison pour laquelle l’éruption avait été si intense.
Les auteurs de l’étude expliquent que plusieurs mois de précipitations anormalement fortes ont précédé l’éruption, avec un record pour une période de 24 heures à l’échelle des Etats-Unis. Les scientifiques pensent que toute cette eau s’est probablement infiltrée dans les fissures et les pores des roches du volcan, jusqu’à 2,9 km de profondeur. Ils ont calculé que ce phénomène avait poussé la pression interstitielle à l’intérieur des roches à un niveau jamais observé depuis près de 50 ans. Les roches ont donc été fragilisées, ce qui a facilité l’ascension du magma vers la surface..
Les scientifiques ont également étudié les éruptions du Kilauea depuis 1790 et ont constaté que ces événements étaient deux fois plus susceptibles de se produire pendant la saison des pluies. Selon eux, ce n’est pas la pression exercée de bas en haut par le magma qui a déclenché l’éruption, car la surface de l’édifice volcanique s’est à peine déformée. [NDLR : l’absence d’inflation ou de déformation significative de l’édifice volcanique est probablement due à la présence d’un grand lac de lave dans le cratère de l’Halemau’uma’u, au sommet du Kilauea. Ce lac de lave, avec des variations de niveau, a contribué à atténuer la pression exercée par le magma sur l’ensemble du volcan, de sorte qu’il y a eu peu de déformation]. Les chercheurs ont également éliminé l’attraction gravitationnelle du soleil et de la lune, qui sont, selon eux, également susceptibles de déclencher des éruptions – même si [NDLR] cette influence extérieure n’a jamais été clairement prouvée.
Avec le changement climatique, les périodes prolongées de précipitations extrêmes devraient être de plus en plus fréquentes dans de nombreuses régions du monde, de sorte que de plus en plus de phénomènes volcaniques pourraient être déclenchés par les précipitations. Cependant, cette hypothèse doit être confirmée par l’observation d’un plus grand nombre d’éruptions.
Source: The Guardian.

Cette étude qui fait reposer le déclenchement de l’éruption du Kilauea en 2018 sur un excès de précipitations me laisse sur ma faim. Si l’on observe l’évolution du comportement du volcan au cours des dernières années, on se rend compte que la dernière éruption n’est pas forcément une surprise et qu’elle a très bien pu se déclencher sans l’aide de l’ouverture des vannes célestes. Si l’inflation n’a pas été significative dans les mois qui ont précédé l’éruption, elle était enregistrée par les tiltmètres depuis plusieurs années (voir la courbe ci-dessous) , avec une certaine accélération dans les semaines qui ont précédé la sortie de la lave dans l’East Rift Zone.. Les tracés montraient une croissance régulière qui trahissait clairement une accumulation progressive du magma sous l’édifice volcanique.

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Quite surprisingly, an article published in The Guardian explains that, according to a new study, the 2018 Kilauea eruption (Hawaii) was triggered by extreme rainfall in the preceding months. The influence of rainfall or snow melting has been occasionally observed on some volcanoes like Mount Etna. The percolating water may reach the magma so that the eruptions may at times become phreatomagmatic and more explosive because of the interaction between water and magma. But triggering a long eruption like Kilauea’s in 2018 needs to be proved.

As far as Kilauea is concerned, the authors of the study raise the possibility that climate breakdown, which is causing more extreme weather, could lead to an increase in eruptions around the world.

One can remember that the last eruption of Kilauea was dramatic with rifts opening, summit explosions and collapses, and an M 6.9 earthquake that caused heavy damage. However, up to now, volcanologists had not analysed what made the eruption so intense.

The researchers who published the study explain that several months of unusually high rainfall preceded the eruption, with one 24-hour period setting a record for the entire US. They think this flood of water probably percolated down into fissures and pores in the rocks of the volcano, as far as 2.9 km below the surface. The scientists calculated this pushed up the pore pressure inside the rocks to the highest level in almost 50 years, weakening them and allowing magma to push up from below.

The scientists also looked at eruptions of Kilauea since 1790 and found that these historical events were twice as likely to happen in the rainy season. They ruled out magma pressure from below triggering the eruption, because the surface had barely deformed. [Editors note: The lack of significant inflation and deformation of the volcanic edifice was probably due to the existence of a large lava lake in Halemau’uma’u Crater, at the summit of Kilauea. This pond of lava contributed to alleviating the pressure exerted by the magma on the whole volcano so that there was little deformation]. The researchers also eliminated the gravitational pull of the sun and moon, which are also said to trigger eruptions – even though this external influence has never been clearly proved (editor’s note). .

As climate continues to change, the occurrence of prolonged periods of extreme rainfall is predicted to increase in many parts of the world, increasing the potential for rainfall-triggered volcanic phenomena. However, this hypothesis needs to be confirmed by more observations of other eruptions.

Source: The Guardian.

This study, which bases the onset of the Kilauea eruption in 2018 on excess precipitation, is quite disconcerting. If we observe the evolution of the behaviour of the volcano in recent years, we realize that the last eruption is not necessarily a surprise and that it could very well have started without the help of the rain. Although inflation was not significant in the months before the eruption, it had been recorded by tiltmeters for several years, with an acceleration during the weeks that preceded the eruption in the East Rift Zone. The plots showed a regular increase which clearly betrayed a gradual accumulation of magma beneath the volcanic structure.

Image de l’éruption de 2018 (Crédit photo: USGS / HVO)

Exemple de l’inflation du Kilauea déjà présente en 2013 (Source: HVO)