Catégorie : Hawaii

La pollution du Kilauea à Hawaii // The pollution of Kilauea Volcano in Hawaii

La fin de l’éruption du Kilauea en septembre 2018 s’est accompagnée d’une diminution considérable de la quantité de dioxyde de soufre (SO2) émis par le volcan. Cela a permis de pouvoir bénéficier à nouveau d’un ciel magnifique au-dessus de la Grande Ile d’Hawaï, en particulier dans sa partie ouest où la pollution volcanique connue sous le nom de vog avait été régulièrement observée au cours des dernières années.
Au plus fort de l’éruption dans la Lower East Rift Zone (LERZ) en 2018, alors que les émissions de gaz volcaniques et la pollution étaient à leur plus haut niveau, une équipe scientifique a travaillé en relation avec le HVO et les services sanitaires de l’État d’Hawaï pour étudier le niveau de pollution de l’air générée par l’éruption.
Les chercheurs ont échantillonné des particules volcaniques et des gaz le long de la LERZ, en particulier au niveau de la Fracture n°8, de l’entrée de la lave dans l’océan et sur divers sites sous le vent. Pour déterminer la nature et la composition de la pollution volcanique, des échantillons ont été prélevés par aspiration de l’air à travers des filtres, au niveau du sol et de l’air, et à l’aide de drones.
Les particules minuscules déposées sur les filtres ont ensuite été analysées en laboratoire pour en déterminer la composition chimique et ont été observées à l’aide d’un puissant microscope électronique à balayage (MEB) pour déterminer la composition des particules individuelles. D’autres instruments ont déterminé le nombre ou le poids de particules de différentes tailles que l’on associe à différents impacts sur la santé dans des études sur la pollution d’origine humaine. Les échantillons ont été analysés pour en déterminer le pH et les principaux composants, notamment le sulfate, le fluorure et le chlorure, ainsi que des métaux traces, tels que le plomb et l’arsenic.
Ces analyses ont ciblé les espèces chimiques présentes dans les panaches volcaniques. Le panache du Kilauea est composé principalement de vapeur d’eau, de dioxyde de carbone (CO2), de dioxyde de soufre (SO2) et de quantités plus faibles d’autres gaz, notamment de chlorure d’hydrogène (HCl) et de fluorure d’hydrogène (HF). Le SO2 réagit dans l’atmosphère au fil du temps pour former de minuscules particules de sulfate acides et neutres, qui constituent un élément majeur de la pollution volcanique à Hawaii. De petites quantités de métaux toxiques ont également été trouvées dans les panaches de gaz volcaniques émis par les bouches éruptives du Kilauea.
La campagne d’échantillonnage de gaz et de particules effectuée au cours de l’été 2018 a permis d’examiner dans quelle mesure les éléments traces, tels que les métaux, varient avec la distance, dans le panache du Kilauea. Il a été constaté que la quantité de ces éléments était très variable et ne dépendait pas uniquement de la distance entre le panache et la source de l’éruption. La plupart des particules avaient un diamètre inférieur à 2,5 microns, une taille suffisamment petite pour pénétrer profondément dans les poumons.
Les résultats de l’étude corroborent également les observations précédentes concernant la transformation chimique du SO2 gazeux en particules. Les zones éloignées de la source des émissions gazeuses, comme la côte de Kona, sur la Grande Ile d’Hawaii, présentaient de fortes concentrations de particules, car une grande partie du SO2 s’était transformée en particules en se déplaçant sous le vent. Les normes de qualité de l’air ambiant concernant le SO2 et les particules ont été dépassées à divers endroits sur l’île au cours des trois mois de l’éruption dans la LERZ.
Contrairement à l’été 2018 et la forte intensité de l’éruption, le calme qui rège actuellement sur le Kilauea offre une excellente occasion d’étudier la qualité de l’air ambiant. Cela va permettre aux scientifiques mesurer la différence entre la pollution anthropique, telle que les gaz d’échappement des véhicules, et la pollution volcanique. Comprendre la contribution de la pollution d’origine humaine est important sur une île où la population ne cesse d’augmenter.
Pour étudier cette pollution anthropique, l’équipe scientifique envisage de revenir pendant l’été 2019 échantillonner l’air dépourvu de la contribution volcanique, en utilisant le même équipement et les mêmes sites d’échantillonnage. Les mesures effectuées «avant» et «après» l’éruption permettront d’isoler l’empreinte chimique des particules volcaniques. Cela améliorera notre compréhension des effets potentiels des panaches volcaniques sur la santé, l’environnement et les écosystèmes.
Source: USGS / HVO.

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The end of Kilauea’s 2018 eruption this past September was accompanied by an enormous decrease in the amount of sulphur dioxide (SO2) emitted from the volcano. This has led to beautifully clear skies above the Island of Hawaii, especially on the west side, where the volcanic pollution known as vog was regularly observed in past years.

During the peak of the 2018 Lower East Rift Zone (LERZ) eruption, when the volcanic emissions and vog were both much stronger, a team of academic researchers worked with the Hawaiian Volcano Observatory and the Hawaii State Department of Health to study the intense air pollution generated by the eruption.

The researchers sampled volcanic particles and gases at the LERZ Fissure 8 vent, the ocean entry, and various downwind sites. To determine the nature and composition of the volcanic pollution, samples were collected by pumping air through filters, from the ground and from the air using drones.

The tiny particles captured on the filters were then analyzed in the laboratory for chemical composition and imaged using a powerful Scanning Electron Microscope (SEM) to determine the composition of individual particles. Other instruments determined the number or weight of particles of various sizes, which are associated with different health impacts in studies of human-caused pollution. The samples were analyzed for pH, major components including sulphate, fluoride, and chloride; and trace metals, such as lead and arsenic.

These analyses targeted chemical species that are present in volcanic plumes.  Kilauea’s plume is composed primarily of water vapour, carbon dioxide (CO2), sulphur dioxide (SO2), along with smaller amounts of other gases, including hydrogen chloride and hydrogen fluoride. SO2 reacts in the atmosphere over time to form tiny acidic and neutral sulphate particles, which are a major component of volcanic pollution in Hawaii. Small amounts of toxic metals have also been found in the volcanic gas plumes emitted from Kilauea’s vents.

The summer 2018 gas and particle sampling campaign was the first effort to look at how trace elements, such as metals, change over distance in the Kilauea plume. It was found that the amount of these elements was highly variable but was not solely predicted by the distance of the plume from the vent. Most of the particles were less than 2.5 micron in diameter, small enough to penetrate deep into the lungs.

The study’s findings also support previous observations regarding the chemical conversion of SO2 gas to particles. Areas far from the gas source, such as along Hawaii Island’s Kona coast, had high particle concentrations since much of the SO2 gas had converted to particles as it travelled downwind. Ambient air quality standards for both SO2 gas and particles were exceeded at various locations on the island during the three months of the LERZ eruption.

In contrast to the summer 2018, Kilauea’s current lull in activity provides an excellent opportunity to study background air quality. This can help scientists distinguish between anthropogenic pollution, such as traffic exhaust, and volcanic pollution. Understanding the contribution of human-made pollution is important on an island with a growing population.

To address the characterization of anthropogenic pollution, the same research team plans to return this coming summer to sample the background air without the volcanic contribution, using the same equipment and sampling sites. The “before” and “after” snapshots will help to isolate the chemical fingerprint of the volcanic particles. This will improve our understanding of the potential health, environmental, and ecosystem effects of volcanic plumes.

Source : USGS / HVO.

Emissions gazeuses dans l’Halema’uma’u pendant l’éruption du Kilauea (Photos: C. Grandpey)

Le HVO sur l’île d’Oahu (Hawaii)? // HVO on Oahu Island (Hawaii)?

Des rumeurs circulent depuis quelque temps sur un possible transfert de l’Observatoire Volcanologique des Volcans d’Hawaii (le célèbre HVO) de Big Island vers l’île d’Oahu. Pour ceux qui, comme moi, connaissent et ont visité le HVO, une telle décision semble une erreur. L’Observatoire domine la caldeira du Kilauea depuis plus d’un siècle et offre une vue imprenable sur le cratère de l’Halema’uma’u. Grâce à cette position privilégiée, les scientifiques ont pu, au cours des dernières années, observer le comportement du lac de lave dans l’Overlook Crater.
Le HVO a confirmé la semaine dernière qu’Oahu était l’une des options envisagées pour implanter une nouvelle structure Cette relocalisation aurait lieu en raison des lourds dégâts subis par l’Observatoire lors de la dernière éruption du Kilauea. L’intense activité sismique a rendu le bâtiment inhabitable.
Une autre option que l’île d’Oahu consisterait à installer l’Observatoire à l’intérieur du Parc National des Volcans d’Hawaii, ou bien sur le campus de l’Université d’Hawaï à Hilo. Il est bien évident que la première solution serait la plus adaptée.
Le responsable de la Protection Civile du comté d’Hawaï pense, lui aussi, que l’Observatoire doit rester sur la Grande Ile pour « contrôler toute activité liée à la lave ». Janet Babb, porte-parole du HVO, a déclaré qu’elle ne pouvait commenter l’éventualité d’un déménagement, car des discussions sont en cours à Washington, DC. Le HVO est géré par l’USGS, qui dépend du Département de l’Intérieur aux États-Unis.
Le transfert du HVO à Oahu serait justifié par le fait qu’il existe déjà des installations fédérales sur cette île. OK, mais ce serait vraiment très loin de toute activité volcanique sur la Grande Ile. Affaire à suivre. Je tiendrai au courant de l’évolution de la situation.
Source: Journaux américains.

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There have been rumours for some time about a possible relocation of the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) from Hawaii Big Island to Oahu. For those who, like me, have visited HVO, such a decision would be a mistake. The Observatory has been located at the Kilauea caldera rim for more than a century and offers a great view on Halema’uma’u Crater. For several years, scientists could observe the behaviour of the lava lake in the Overlook Crater. .

The Observatory confirmed last week that Oahu is one option under consideration for a new home. The reason for the relocation is the heavy damage undergone by HVO during Kilauea’s last eruption. The intense seismic activity has made the structure uninhabitable.

Other options than Oahu include a new site within the National Park or on the University of Hawaii at Hilo campus.

The head of Hawaii County Civil Defence thinks that the Observatory needs to stay on the island “to help with the response to any lava activity”. I do think he is perfectly right. Observatory spokeswoman Janet Babb said she can’t comment on the likelihood of a move because discussions are ongoing in Washington, D.C. The observatory falls under the U.S. Geological Survey, which is part of the U.S. Department of Interior.

A potential move to Oahu as a preferred option would be justified by the fact there are existing federal facilities. OK, but it would be very far from any volcanic activity on the Big Island. I will keep informed about the evolution of the situation.

Source: U.S. newspapers.

Le bâtiment du HVO offrait une vue imprenable sur la caldeira d Kilauea (Photos: C. Grandpey)

Mesure de l’épaisseur des coulées de lave // How to measure the thickness of lava flows

Au cours des premières années de l’éruption du Kilauea au niveau du Pu’uO’o, les scientifiques de l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) ont mesuré l’épaisseur des coulées de lave en effectuant des relevés manuels en bordure de chaque coulée. Le volume de la coulée était ensuite calculé en multipliant sa surface par son épaisseur moyenne. Le débit éruptif était égal à ce volume divisé par la durée de l’éruption en secondes. Pendant la première année d’activité du Pu’uO’o en 1983, le débit éruptif a été estimé entre 15 et 65 mètres cubes par seconde. Cependant, cette méthode ne tenait pas compte de toutes les variations d’épaisseur des coulées à travers le champs de lave. Par exemple, de nombreuses coulées a’a, comme la coulée de lave émise par la Fracture n° 8 en 2018, abritent un chenal ou une cavité vide. En conséquence, si l’on suppose que la coulée présente une épaisseur constante, on surestime le volume de la lave ainsi que le débit éruptif.
En 1993, les scientifiques ont utilisé un radar aéroporté et survolé Kilauea à un peu moins de 8 km d’altitude. Le radar pouvait élaborer une image des coulées de lave avec une précision de 1 à 2 mètres. Il était également en mesure de fournir des milliers de points de hauteur de la surface de chaque coulée de lave, et pas seulement l’épaisseur en bordure de coulée, comme cela se faisait auparavant. Le volume d’une coulée calculé de cette manière (hauteur de la surface du sol avant la éruption soustraite de la hauteur de la lave de 1993) était légèrement supérieur à celui calculé avec la méthode classique de mesure manuelle en bordure des coulées.

Un progrès dans la mesure de l’épaisseur des coulées est intervenu avec l’arrivée du LIDAR [Light (ou Laser Imaging) Detection And Ranging], appareil qui émet un faisceau laser et en reçoit l’écho (comme le radar), ce qui permet de déterminer la distance d’un objet. Le LIDAR a été embarqué à bord d’avions ou d’hélicoptères et a envoyé des milliards d’impulsions laser en direction du sol. On a ainsi obtenu une foule de données précises (à quelques centimètres près) sur l’épaisseur des coulées de lave.
Au cours des dernières années, les géologues ont obtenu des résultats semblables en hélicoptère, en prenant des photos numériques superposées du sol, avec pour chaque cliché les coordonnées GPS de l’appareil photo. Les logiciels informatiques utilisant la “Surface-from-Motion” (SfM) technique – Surface à partir du Mouvement – peuvent identifier automatiquement les emplacements communs sur des photos adjacentes et réaliser une image 3 D des hauteurs du sol à partir de centaines de photos. Un autre avantage est que les photos peuvent être assemblées pour produire une carte haute résolution, en mosaïque de photos, de la zone observée.
Lors de l’éruption dans l’East Rift Zone du Kilauea en 2018, des appareils photo ont été embarqués sur des drones. A partir de quelque 2 800 photographies aériennes, le logiciel SfM a calculé 1,5 milliard de points communs qui ont été connectés pour créer un modèle altimétrique numérique à l’échelle du centimètre de la coulée de lave dans le district de Puna. Un modèle pré-éruptif obtenu avec le LIDAR a été soustrait du modèle réalisé avec la technique SfM du drone pour produire une carte d’épaisseur des coulées de lave. Une première version de cette carte, publiée sur le site web du HVO le 19 février 2019, est visible ci-dessous. (https://volcanoes.usgs.gov/volcanoes/kilauea/multimedia_maps.html)

En utilisant cette première ébauche de la carte, on peut obtenir une estimation approximative du volume total de lave émis au cours de l’éruption : environ 0,8 kilomètre cube. En tenant compte des cavités dans la lave et en divisant par la durée de l’éruption, on obtient un débit éruptif minimum d’environ 50 à 200 mètres cubes par seconde. Ce débit éruptif est nettement supérieur à la plupart de ceux enregistrés lors des précédentes éruptions du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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During the first few years of Kilauea Volcano’s eruption at Pu’uO’o, Hawaiian Volcano Observatory (HVO) scientists measured thicknesses using hand levels at multiple locations along the edges of each lava flow. The flow volume was then calculated as the product of the flow area multiplied by the average flow thickness. The eruption rate equalled this volume divided by the duration of the eruption in seconds. For the first year of Pu’uO’o activity in 1983, calculated eruption rates were 15-65 cubic metres per second. However, this method did not rale into account all the variations of lava flow thicknesses across flows. For example, many a’a flows, like Kilauea’s fissure 8 lava flow in 2018, host an empty lava channel. If they assumed that the flow was uniformly as thick as the height of its edges, scientists would overestimate the lava flow volume as well as the eruption rate.

In 1993, scientists used an airborne radar flown over Kilauea at an altitude of just under 8 km. The radar could image a lava flow with accuracies of 1-2 metres and determine thousands of surface elevations for each lava flow, not just a few thicknesses along its edge. Flow volumes calculated this way (pre-eruption elevations of the ground surface subtracted from the 1993 elevations of a lava flow) were slightly higher than those calculated with the simpler method of measuring thicknesses along flow edges.

The next improvement in measuring flow thickness was the development and use of Light Detection and Ranging (LIDAR). Specialized equipment was flown over an area by airplane or helicopter, from which billions of laser pulses showered down to the ground. This produced details on lava flow surface elevations accurate to a few centimetres.

Over the last few years, similar results have been obtained by geologists in helicopters snapping overlapping digital photos of the ground, each tagged with the camera’s GPS coordinates. Computer software, using the “Surface-from-Motion” (SfM) technique, can automatically identify common locations in adjacent photos and assemble a 3-dimensional image of ground elevations from hundreds of photos. A bonus is that the photos can be stitched together to produce a single, high-resolution, photo mosaic map of the area.

During Kilauea’s 2018 lower East Rift Zone eruption, cameras on drones did the photography. Using about 2,800 aerial photographs, the SfM software calculated 1.5 billion common points that were connected to create a centimetre-scale digital elevation model of the Puna lava flow. A pre-eruption LIDAR digital elevation model was subtracted from the drone SfM digital elevation model of the erupted flows to produce a lava flow thickness map. A preliminary version of this map was posted on the HVO website on February 19, 2019 and can be seen here below. (https://volcanoes.usgs.gov/volcanoes/kilauea/multimedia_maps.html)

Using the preliminary map, one can calculate a rough estimate of the total volume of lava erupted and added to the land surface: about 0.8 cubic kilometres. When corrected for voids in the lava and divided by the duration of the eruption, this yields a minimum eruption rate of about 50-200 cubic metres per second. This eruption rate is significantly larger than most known Kilauea eruption rates.

Source : USGS / HVO.

Source: USGS / HVO

La Fracture n°8 a émis d’énormes quantité de lave dans l’East Rift Zone  en 2018 (Crédit photo : USGS /HVO)

Quelques nouvelles d’Hawaii // Some news from Hawaii

L’éruption a été déclarée définitivement terminée par le HVO et tout est actuellement calme sur le Kilauea. Il n’y a aucune lave active sur la Grande Ile d’Hawaii. Aucun changement majeur n’a été observé sur le Pu’uO’o. Un récent survol en hélicoptère a permis de constater que la morphologie du cratère vide se modifie lentement suite à des effondrements de ses parois. Le magma a quitté le Pu’uO’o le 30 avril 2018 et a fait surface quelques jours plus tard dans la Lower East Rift Zone. Après cette évacuation de la lave, le cratère présentait une profondeur d’environ 356 mètres. Des matériaux provenant d’effondrements des parois du cratère ont, depuis cette époque, recouvert son plancher qui se trouve aujourd’hui à 286 mètres de profondeur.

Un modèle 3D du cratère du Pu’uO’o a été réalisé à partir d’images thermiques obtenues lors du récent survol. Les zones blanches montrent les points chauds dans le cratère. La forme du cratère continue de changer suite à de petits effondrements qui se produisent de temps à autre. Une station GPS sur le flanc nord du Pu’uO’o montre un affaissement constant de la lèvre du cratère. Ce mouvement est dû au glissement du rebord instable du cône.
Voici une courte vidéo du survol:
https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/multimedia_uploads/multimediaFile-2662.mp4

Dans ses dernières mises à jour, le HVO indique que les paramètres relatifs à la déformation du sol sont à mettre en relation avec le remplissage du réservoir magmatique profond du Kilauea. Les émissions de SO2 dans l’East Rift Zone et au sommet du Kilauea restent faibles.
Source: USGS / HVO.

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With the eruption definitely declared over by HVO, everything is currently quiet on Kilauea Volcano. There is currently no active lava to be seen on the Big Island. No major changes have been observed at Pu’uO’o. A recent helicopter overflight allowed to see that the empty crater is slowly being altered by small rockfalls within it. Magma drained from beneath Pu’uO’o on April 30th, 2018 and erupted a few days later in the lower East Rift Zone. After the magma drained, the crater was roughly 356 metres deep. Collapses on the crater walls have since filled the deepest part of the crater with rockfall debris. Today, the deepest portion of the crater is 286 metres.

A 3D model of the Pu’uO’o crater was constructed from thermal images taken during the recent overflight. White areas show warm spots in the crater. The shape of the crater continues to change through occasional small collapses. A GPS station on the north flank of Pu’uO’o has been showing steady slumping of the craters edge. This motion is due to the sliding of the unstable edge of the cone.

Here is a short video of the overflight:

https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/multimedia_uploads/multimediaFile-2662.mp4

In its latest updates, HVO indicated that deformation signals are consistent with the refilling of Kilauea Volcano’s deep East Rift Zone magma reservoir. SO2 emission rates on the East Rift Zone and at Kilauea’s summit remain low.

Source: USGS / HVO.

Voici deux images montrant le cratère du Pu’uO’o le 11 mai 2018 et le 18 mars 2019. On se rend parfaitement compte de la remontée du plancher suite aux effondrements des parois du cratère.

  (Source : USGS / HVO)