Catégorie : Hawaii

Halema’uma’u (Hawaii): Eau de pluie ou eau de source? // The water in Halema’uma’u (Hawaii): Rainwater or groundwater?

La mare d’eau au fond du nouveau cratère de Halema’uma’u soulève un certain nombre de questions. Les deux plus fréquentes sont: d’où vient l’eau et quelles pourraient être ses conséquences?
Les deux sources les plus probables sont l’eau de pluie et l’eau souterraine, autrement dit la présence d’une nappe phréatique. Selon les scientifiques du HVO, les deux hypothèses sont à prendre en compte, avec une préférence pour les eaux d’origine souterraine.
La nappe phréatique dans la zone sommitale du Kilauea se situe à une altitude d’environ 590 mètres, telle qu’elle a été mesurée dans un puits de forage creusé en 1973 à environ 800 mètres au sud de Halema’uma’u. La hauteur du plancher d’Halema’uma’u est d’environ 512 mètres, soit 70 mètres en dessous de la nappe phréatique qui se trouve à proximité.
Avant l’effondrement du sommet du Kilauea en 2018, les données géophysiques laissaient supposer que la nappe phréatique à proximité de Halema’uma’uu était à peu près à la même altitude que dans le forage, mais elle s’est probablement modifiée lors de l’effondrement du cratère. La nappe phréatique est probablement en train de se rétablir et, au fur et  à mesure qu’elle monte, l’eau s’infiltre dans des zones basses au niveau du plancher du cratère.
En ce moment, la surface de la mare d’eau dans le cratère s’élève lentement et régulièrement, ce qui correspond probablement à une hausse de la nappe phréatique. Le niveau de l’eau dans le cratère augmenterait par à-coups s’il dépendait des fortes pluies sur le Kilauea. Or, l’Halema’suma n’a pas reçu de fortes pluies depuis la première observation de l’eau dans le cratère le 25 juillet 2019. Il serait intéressant de prélever un échantillon de cette eau et de la dater à l’aide de moyens isotopiques; l’eau de pluie aurait l’âge actuel, tandis que les eaux souterraines seraient plus vieilles.
En ce qui concerne la profondeur de la mare, elle ne dépasse pas quelques mètres. Il se pourrait que ce ne soit que le sommet de la zone saturée en eau, qui pourrait atteindre plusieurs dizaines de mètres de profondeur. Cette profondeur n’est toutefois pas infinie car elle est forcément freinée par la chaleur résiduelle du magma dans le conduit d’alimentation. Malgré tout, à mesure que le conduit refroidit, une plus grande quantité d’eau peut s’accumuler et contribuer à augmenter le volume en surface.

Le volume de la masse d’eau aura forcément une influence sur les risques potentiels. Une simple mare n’aura aucune incidence sur la prochaine éruption sommitale. En revanche, si le magma devait entrer en contact avec plusieurs dizaines de mètres d’eau, un scénario explosif plus important pourrait être observé, comme cela s’est déjà produit dans le passé.
Source: USGS / HVO.

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The pond of water at the bottom of Halema‘uma‘u’s new crater is raising many questions. The two most frequent are, where is the water coming from and what is its importance?

Two potential sources of the water are recent rainfall and groundwater. According to HVO scientists, either remains a possibility. Circumstantial evidence, however, favours groundwater.

The local water table, below which rocks are saturated with water, is at an elevation of about 590 metres, as measured in a deep hole drilled in 1973 about 800 metres south of Halema‘uma‘u. The elevation of the floor of Halema‘uma‘u is about 512 metres, 70 metres lower than the nearby water table.

Before the 2018 collapse of Kilauea’s summit, geophysical data suggested that the water table near Halema‘uma‘u was at about the same elevation as in the drill hole, but it was apparently drawn down during the collapse. The water table is likely recovering now, and as it rises, water inundates low areas such as the crater floor.

So far, the surface of the pond is rising slowly and steadily, consistent with a rising water table. Normally, the pond level would rise in jumps during downpours if rain was directly responsible for feeding it. However, Halema‘uma‘u has experienced no heavy rain since the pond was first observed on July 25th, 2019. It would be best to sample the water and date it using isotopic means; rain would have today’s age, groundwater an older age.

As far as the water’s depth is concerned, it is no more than a couple of metres. But the visible pond could be just the top of the saturated zone, which could conceivably be several tens of metres. There is probably a bottom to the standing water, because heat in the magma conduit below the floor of Halema‘uma‘u would boil away water at some depth. But as the conduit cools, the floor of standing water could move downward, deepening the water body from below as well as at the surface.

The total thickness of the water body impacts potential hazards. A mere puddle would scarcely affect the next summit eruption. But, if rising magma had to penetrate several tens of metres of water, an explosive scenario that has played out in the past could repeat.

Source: USGS / HVO.

Crédit photo: USGS / HVO

L’eau de l’Halema’uma’u (Hawaii) // The water of Halema’uma’u (Hawaii)

La dernière éruption du Kilauea a pris fin en août 2018 et il n’y a actuellement aucune coulée de lave sur le volcan….mais il y a de l’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u, au sommet du Kilauea ! Le lac de lave qui a persisté pendant l’éruption a maintenant été remplacé par des mares d’eau. .
L’apparition récente d’eau au fond du cratère a provoqué de nombreuses interrogations. Comme on peut le voir sur les photos mises en ligne par le HVO (voir ci-dessous), cette eau est de couleur turquoise, laiteuse ou verdâtre, ce qui trahit la présence de soufre dissous et de métaux provenant du mélange avec l’eau des gaz magmatiques ou des roches environnantes. Les caméras thermiques révèlent une température de surface d’environ 70°C.
L’eau au fond de l’Halema’uma’u n’est pas visible depuis les zones du parc national ouvertes au public, mais le HVO a déplacé l’une de ses webcams vers un site offrant une vue directe sur le fond du cratère.
Pour mesurer le niveau de cette eau, les scientifiques du HVO utilisent un télémètre laser à longue portée. Les mesures quotidiennes montrent que le niveau s’est lentement élevé. Les prochains survols en hélicoptère permettront de cartographier et de mesurer avec précision la superficie et le volume des mares. À l’aide de photographies obliques, il est possible de créer des modèles tridimensionnels du fond du cratère. La comparaison de ces modèles mis à jour régulièrement avec les données LIDAR (système de mesure par détection laser) collectées en juillet 2019 permettra d’estimer le volume d’eau. Les images satellites haute résolution compléteront ces informations. Des drones pourront également fournir des images aériennes et des mesures précises de la superficie et du volume de l’eau accumulée.
L’échantillonnage direct et les analyses chimiques permettront enfin de savoir s’il s’agit d’une accumulation d’eau de pluie en surface ou d’une eau souterraine plus profonde. Il se peut aussi qu’une partie de l’eau provienne de la condensation de la vapeur produite directement par le magma.

Une meilleure connaissance de la source de cette eau permettra de mieux comprendre les dangers possibles qui y sont associés. Par exemple, si elle est une émergence de la vaste zone d’eaux souterraines autour du cratère, elle risque d’interagir avec une montée éventuelle du magma et provoquer une activité explosive.
A cause de la dangerosité du site, l’échantillonnage direct est problématique. Il est déconseillé de se rendre auprès des mares en raison de l’accumulation possible de dioxyde de carbone au fond du cratère. Les effondrements fréquents des pentes instables du cratère sont un autre danger. Les prélèvements se feront probablement par la voie aérienne, avec un récipient de captage accroché au bout d’un filin.
À l’heure actuelle, les instruments ne révèlent aucun signe d’activité à court terme au sommet du Kilauea. Le réservoir magmatique sommital continue à se recharger lentement. Le niveau d’alerte volcanique est maintenu à « Normal ». En conséquence, le HVO n’émet plus que des bulletins mensuels.
Source: USGS / HVO.

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The last eruption of Kilauea ended in August 2018 and there is currently no active lava on the volcano….but there is water at the bottom of Halema’uma’u Crater. The lava lake that persisted during the eruption has now been replaced by water ponds.   .

The recent appearance of water at the bottom of Halema‘uma‘u Crater at the summit of Kilauea, has attracted wide attention and generated many questions. As shown in HVO’s website photos, the ponds are milky turquoise, or greenish, in colour, indicative of dissolved sulphur and metals from magmatic gases or surrounding rock mixing into the water. Thermal images show water surface temperatures of approximately 70°C.

The water in Halema‘uma‘u is not visible from publicly accessible areas of the national park but HVO has moved one of its existing webcams to a site that provides a direct view of the ponds.

To measure the level of water in the ponds, HVO scientists use a long-range laser rangefinder. These daily measurements show that the water level has slowly risen. Future helicopter overflights will allow for the mapping and precise measuring of the area and volume of the changing ponds. Using oblique photographs, 3-dimensional models of the crater floor can be created. Comparing these updated models with the LIDAR (light detection and ranging) data collected in July 2019 will help estimate water volume. High-resolution satellite images can fill in observational gaps between HVO’s overflights. Drones could also provide aerial imagery and precise measurements of pond area and volume.

Direct sampling and chemical analyses of the water in Halema‘uma‘u would provide insight into its source, and know if it is a shallow accumulation of rainwater or the surface expression of a deeper-seated layer of groundwater. Some of the water could also be from condensed water vapour directly released by the magma. Knowing the water’s source will offer a better understanding of the possible hazards associated with it. For instance, if the water is from the extensive zone of groundwater around the crater, it could be more likely to interact with rising magma and result in explosive activity.

Given the hazardous location of the water, however, direct sampling is tricky. Walking down to the ponds is not advised due to the possible accumulation of carbon dioxide on the crater floor. Other dangers include frequent rockfalls from the steep, unstable slopes.

At the current time, monitoring data do not indicate any signs of imminent unrest at Kilauea’s summit. Magma continues to quietly recharge the summit magma reservoir.

The alert level for Kilauea remains at Normal. Reflecting this alert level, HVO is now only issuing monthly updates.

Source: USGS / HVO.

Vue générale du cratère de l’Halema’uma’u avec la petite mare d’eau au fond de la cavité (Crédit photo: USGS / HVO)

Vue rapprochée de l’eau au fond de l’Halema’uma’u le 8 août 2019 (Crédit photo: USGS / HVO)

De l’eau dans le cratère de l’Halema’uma’u (Kilauea / Hawaii) // Water in Halema’uma’u Crater (Kilauea / Hawaii)

Pour la première fois dans l’histoire du Kilauea, une mare d’eau a été découverte au cours de la dernière semaine de juillet 2019 au fond de l’Halema’uma’u, le cratère sommital du volcan. Le HVO a confirmé cette présence d’eau qui pourrait marquer la transition vers une phase plus explosive des futures éruptions.

Les scientifiques ne savent pas comment va évoluer la situation, mais on sait que lorsque la lave interagit avec l’eau, elle peut provoquer de violentes explosions. Une première possibilité est que le magma chauffe et vaporise lentement cette eau pour donner naissance à un nouveau lac de lave. Il se pourrait aussi que la lave interagisse avec la nappe phréatique et déclenche de petites explosions. Une troisième hypothèse est que le magma monte rapidement, et provoque une explosion majeure.

Les scientifiques de l’USGS ont expliqué qu’il n’y a actuellement « aucune raison de penser que les dangers présents au sommet ont augmenté ou diminué » suite à la découverte de cette eau. Toutefois, « la présence d’eau pourrait provoquer un changement important dans l’activité à long terme du volcan.»
Bien que le Kilauea soit surtout connu pour son activité effusive et ses somptueuses coulées de lave, le volcan a une histoire d’alternance de longues périodes d’éruptions explosives et de périodes de phases effusives. Il ne faudrait pas oublier que plusieurs événements explosifs se sont produits sur le volcan dans le passé. Ces éruptions ont le plus souvent généré des déferlantes pyroclastiques.

En 1790, l’une d’elles a tué plus de 400 personnes dans la caldeira du Kilauea. Ce fut l’éruption volcanique la plus meurtrière jamais observée aux États-Unis. Ces déferlantes pyroclastiques, qui peuvent se déplacer à la vitesse d’un ouragan, comptent parmi les éruptions les plus dangereuses. Les géologues du HVO pensent qu’une telle activité ne se produirait pas du jour au lendemain et que les techniques de surveillance modernes permettraient probablement d’alerter le public.

Une autre éruption majeure s’est produite en 1924. Des explosions ont commencé le 10 mai et expédié des blocs pesant jusqu’à 45 kg à 60 mètres de distance, ainsi que des fragments plus petits pesant environ 9 kg jusqu’à 270 mètres. Après une brève pause, l’activité s’est intensifiée le 18 mai et a culminé avec une explosion majeure qui a fait un mort.
Source: USGS / HVO.

Note personnelle: La petite mare que l’on peut observer en ce moment et dont la température est d’environ 70°C a probablement été formée par l’accumulation d’eau de pluie au fond du cratère de l’Halema’uma’uu. Si du magma devait remonter vers la surface, il y a de fortes chances pour que sa chaleur vaporise rapidement cette eau de surface qui n’a rien à voir avec l’eau d’une nappe phréatique en profondeur. Si une explosion se produisait, ce ne serait certainement pas un événement majeur.

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For the first time in Kilauea’s recorded history, a pond of water was discovered – and confirmed by HVO – during the last week of July 2019 at the bottom of Halema’uma’u, the summit crater of Kilauea volcano. Scientists say this development could signal a shift to a more explosive phase of future eruptions.

Scientists do not know what will happen next, but is is well known that when lava interacts with water, it might cause explosive eruptions. One possibility is that lava could slowly heat up and vaporize the water and eventually create a new lava lake. Lava could also interact with the water table and create small explosions. Another possibility is that magma rises rapidly, which could produce a larger explosion.

USGS officials stressed that there is currently “no reason to think hazards at the summit have increased or decreased” because of the discovery of water. But “the presence of water could be a significant switch in the long-term activity of the volcano.”

Although Kilaeua is well known for its effusive activity ansd its sumptuous lava flows, the volcano has a history of alternating between long periods of explosive eruptions and times of effusive phases. Indeed, there have been several explosive events on Kilauea in the past. These eruptions commonly produce pyroclastic surges. In 1790, one of them killed more than 400 people at Kilauea’s caldera, making it the deadliest volcanic eruption in what is now the United States. These surges can move at hurricane velocity across the landscape and they are among the most dangerous kinds of eruptions. HVO geologists think none of this will happen overnight, and modern monitoring techniques will probably give the public plenty of warning. Another major eruption occurred in 1924. Explosive activity began on May 10th of that year, blowing rock chunks weighing as much as 45 kg 60 metres out, and smaller fragments weighing about 9 kg out as far as 270 metres. After a brief reprieve, activity intensified through a major blast on May 18th, when an enormous explosive event caused the eruption’s only fatality.

Source: USGS / HVO.

Personal note: As far as the current small pond (temperature of about 70°C) is concerned, it was probably formed by the accumulation of rain water at the bottom of Halema’uma’u Crater. Should there be some magma ascent to the surface the magma’s heat would probably rapidly vaporize this surface water which has nothing to do with the water of a deep aquifer. If an explosion occurred it would certainly not be a major event.

Vue du cratère de l’Halema’uma’u et de la petite mare au fond de la cavité d’effondrement laissée par la dernière éruption. Il fallait avoir un puissant téléobjectif pour réaliser une photo lisible de cette eau ! (Source : USGS / HVO)

Image thermique de l’accumulation de l’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’. Comme indiqué précédemment, la température de cette eau est d’environ 70°C (Source: USGS)

Kilauea (Hawaii) : Dans le sillage de l’éruption de 2018…// Kilauea (Hawaii): In the wake of the 2018 eruption…

Aujourd’hui, pour la première fois depuis plus de trois décennies, le Kilauea n’est pas en éruption. Au sommet du volcan, l’activité sismique est faible et la majeure partie du Parc National fonctionne normalement. La lave ne coule plus et la pollution atmosphérique causée par le volcan – le célèbre vog – est à son niveau le plus bas depuis le début des années 1980.
Cependant, comme je l’écrivais dans une note précédente, le danger n’a pas totalement disparu de certaines zones à proximité des fissures éruptives de 2018. Bien que la lave ne coule plus, de la chaleur résiduelle et de petites quantités de gaz continuent de s’échapper des fissures au fur et à mesure que la roche encore très chaude en profondeur continue de se refroidir. Lorsque de nouvelles fissures s’ouvrent suite au refroidissement du magma, l’eau de pluie s’infiltre dans les zones de chaleur résiduelle et génère des panaches de vapeur ainsi que de petites quantités de gaz. À l’heure actuelle, les zones situées immédiatement à proximité et à l’ouest de la Highway 130 sont particulièrement affectées par cette chaleur et cette vapeur résiduelles. Ces zones de température élevée peuvent migrer tandis que se poursuivent le refroidissement et le mouvement des eaux souterraines.
Dans les zones où se forme la vapeur, à proximité et en amont des fissures désormais inactives, on enregistre des niveaux légèrement élevés de sulfure d’hydrogène (H2S) et de dioxyde de carbone (CO2). Ces gaz sont le plus souvent libérés par le magma en cours de refroidissement, mais ils sont aussi produits par la décomposition de matières organiques ou, dans le cas du CO2, par la végétation qui se consume lentement.
Ainsi, une partie du H2S et du CO2 est probablement générée par les températures plus élevées qui affectent les plantes dans la Lower East Rift Zone. Il est important de noter que les concentrations actuelles de H2S sont inférieures au seuil minimum de détection des instruments qui est de 0,5 partie par million (ppm). On peut généralement percevoir l’odeur d’œuf pourri du H2S à des concentrations beaucoup plus faibles, allant de 0,0005 à 0,3 ppm.
Sur la base du seuil olfactif, le niveau de nuisance du H2S à Hawaii a été fixé à 0,025 ppm. Les symptômes négatifs de l’exposition au H2S ne surviennent que lorsque les concentrations sont bien supérieures à ce niveau. Selon les services de santé, une exposition prolongée à 2-5 ppm de H2S peut provoquer des maux de tête, une irritation des yeux, des nausées ou des problèmes respiratoires chez certaines personnes asthmatiques. C’est plusieurs fois les concentrations actuellement mesurées près des sources de H2S dans la LERZ.
Les concentrations de dioxyde de carbone dans certaines zones de panaches de vapeur dans la LERZ sont supérieures à la concentration atmosphérique de base qui est de 412 ppm. L’air dans une salle de réunion avec beaucoup de monde peut souvent dépasser 1 000 ppm de CO2. En revanche, les concentrations maximales de CO2 mesurées dans la LERZ sont bien inférieures à ce niveau. Les services de santé ont établi une limite d’exposition au CO2 de 5 000 ppm en moyenne pour une journée de travail de 8 heures.
En se basant sur l’historique d’éruptions précédentes, les températures élevées et les panaches de vapeur devraient persister dans la LERZ pendant de nombreuses années. L’éruption de 1955 dans cette zone continue à générer des phénomènes externes depuis plus de 60 ans. Certaines sources de vapeur sont utilisées comme saunas naturels. Au début des années 1990, une température de 51°C avait été enregistrée dans une ancienne bouche éruptive de 1955, mais aucun gaz volcanique chargé de soufre tel que le H2S n’avait été détecté.
Les éruptions dans la LERZ en 1955 et 2018 montrent certains points communs, mais il est impossible de déterminer exactement où et pendant combien de temps la chaleur persistera et les émissions de vapeur se poursuivront. Quoi qu’il en soit, l’activité de surface liée à l’intrusion magmatique de 2018 va commencer son long et lent déclin.
Source: USGS / HVO.

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Today, for the first time in over three decades, Kilauea is not erupting. At the summit of the volcano, earthquake activity is low, and most of the National Park is open for business. No lava is flowing anywhere on Kilauea, and volcanic air pollution on the island is the lowest it has been since the early 1980s.

However, as I put it in a previous post, there are lingering dangers in some areas near the 2018 eruptive fissures. Although lava is no longer erupting, residual heat and small amounts of gas continue to escape from ground cracks and vents as subsurface molten rock continues to cool. As small new cracks open in response to magma cooling, groundwater infiltrates areas of remaining heat, releasing steam and small amounts of gases. Currently, areas adjacent to and west of Highway 130 are particularly impacted by this residual heat and steam. These areas of elevated temperature may migrate, as cooling and groundwater movement continue.

In steaming areas near and uprift of the now inactive fissures, slightly elevated levels of hydrogen sulfide (H2S) and carbon dioxide (CO2) gases have been detected. While these gases may be released from cooling magma, they are also generated by decaying organic matter, or, in the case of CO2, from burning or smoldering vegetation.

Thus, some portion of the H2S and CO2 is likely generated from the increased temperatures affecting plants in the area. Importantly, current H2S concentrations are below the minimum detection level of volcanic gas monitoring instruments, which is 0.5 parts per million (ppm). People can usually smell the rotten egg odour of H2S at much lower concentrations, ranging from 0.0005 to 0.3 ppm.

Based on the odour threshold, Hawaii has set a nuisance level for H2S at 0.025 ppm. However, negative symptoms of H2S exposure do not occur until concentrations are well above this level. According to the health services, prolonged exposure to 2-5 ppm H2S may cause headaches, eye irritation, nausea or breathing problems in some asthmatics. This is many times the concentrations currently measured near the LERZ thermal features.

Carbon dioxide concentrations in some LERZ steaming areas are elevated above the background atmospheric concentration of 412 ppm. While the air in a crowded meeting room can frequently exceed 1,000 ppm CO2, maximum concentrations measured in the LERZ are well below this level. Health services have established an exposure limit for CO2 of 5,000 ppm averaged over an 8-hour work day.

Based on the history of previous eruptions, elevated temperatures and steam are likely to persist in the area for many years. The 1955 LERZ eruption produced thermal features that have been active for over 60 years, some of which are used as natural saunas. Even in the early 1990s, a temperature of 51°C was measured in a 1955 vent, but no volcanic sulfur gases such as H2S were detected.

The 1955 and 2018 LERZ eruptions share some similarities, but exactly where and how long heating and steaming will continue for any area is impossible to determine. Eventually, however, lingering surface activity related to the 2018 intrusion will begin its long, slow decline.

Source : USGS / HVO.

Les bouches de vapeur [steam vents] font partie des attractions touristiques du Kilauea (Photos: C. Grandpey)