Catégorie : Hawaii

Corrélation entre la sismicité et la déformation d’un volcan // Correlation between seismicity and deformation of a volcano

À l’aide d’une technique appelée «interférométrie du bruit sismique» combinée à des mesures géophysiques, des chercheurs de l’Université de Cambridge ont mesuré l’énergie qui se déplace à l’intérieur d’un volcan. Ils ont constaté qu’il existe une réelle corrélation entre la vitesse de déplacement de cette énergie et les variations d’inflation et de déflation d’un édifice volcanique. La technique pourrait être utilisée pour prévoir les éruptions volcaniques avec plus de précision. Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Science Advances.
Les données ont été recueillies par l’USGS sur le Kilauea à Hawaii où le cratère de l’Halema’uma’u renferme un lac de lave très actif. Les chercheurs ont installé des capteurs pour mesurer au cours d’une période de quatre ans les variations relatives de la vitesse des ondes sismiques qui se déplacent à l’intérieur du volcan. Ils ont ensuite comparé leurs résultats à un deuxième ensemble de données concernant les moindres déformations du volcan au cours de la même période.
Comme le Kilauea est très actif, il connaît en permanence des épisodes d’inflation et de déflation, en même temps que la pression dans la chambre magmatique située sous le sommet augmente et diminue. Les chercheurs de Cambridge ont utilisé le bruit sismique pour détecter les causes des déformations du Kilauea. Le bruit sismique est une vibration persistante de faible intensité à l’intérieur de la Terre ; elle révèle aussi bien les séismes que les mouvements des vagues dans l’océan. En mettant les capteurs en parallèle, les chercheurs ont pu isoler le bruit sismique en provenance du volcan. Ils se sont intéressés aux variations d’énergie entre les capteurs, qu’il s’agisse de son ralentissement ou de son accélération. Ils voulaient savoir si les variations de vitesse des ondes sismiques reflétaient une augmentation de pression à l’intérieur du volcan, en sachant que les volcans gonflent avant une éruption. Ce paramètre est essentiel pour la prévision éruptive.
Le réservoir magmatique du Kilauea se trouve  à un ou deux kilomètres en dessous du lac de la lave de l’Halema’uma’u. Au fur et à mesure que le volume de magma varie dans ce réservoir, tout le sommet du volcan se gonfle et se dégonfle. Dans le même temps, la vitesse sismique varie elle aussi. Lorsque la chambre magmatique se remplit, elle génère une augmentation de pression, ce qui entraîne une fermeture des fractures dans la roche environnante et la production d’ondes sismiques plus rapides, et vice versa.
C’est la première fois que les scientifiques ont pu mettre en parallèle le bruit sismique et la déformation sur une période aussi longue. La forte corrélation entre les deux montre qu’il pourrait s’agir d’une nouvelle approche en matière de prévision des éruptions volcaniques.
Source: Université de Cambridge.

———————————–

Using a technique called ‘seismic noise interferometry’ combined with geophysical measurements, researchers from the University of Cambridge measured the energy moving through a volcano. They found that there is a good correlation between the speed at which the energy travelled and the amount of inflation and deflation observed in a volcanic edifice. The technique could be used to predict more accurately when a volcano will erupt. Their results are reported in the journal Science Advances.

Data was collected by USGS across Kilauea in Hawaii, where Halema’uma’u is a lake of bubbling lava just beneath its summit. During a four-year period, the researchers used sensors to measure relative changes in the velocity of seismic waves moving through the volcano over time. They then compared their results with a second set of data which measured tiny changes in the angle of the volcano over the same time period.

As Kilauea is very active, it undergoes constant episodes of inflation and deflation as pressure in the magma chamber beneath the summit increases and decreases. The Cambridge researchers used seismic noise to detect what was controlling Kilauea’s movement. Seismic noise is a persistent low-level vibration in the Earth, caused by everything from earthquakes to waves in the ocean. By pairing sensors together, the researchers were able to isolate the seismic noise that was coming from the volcano. They were interested in how the energy travelling between the sensors changes, whether it is getting faster or slower. They wanted to know whether the seismic velocity changes reflect increasing pressure in the volcano, as volcanoes inflate before an eruption. This is crucial for eruption forecasting.

One to two kilometres below Kilauea’s lava lake, there is a reservoir of magma. As the amount of magma changes in this underground reservoir, the whole summit of the volcano inflates and deflates. At the same time, the seismic velocity changes. As the magma chamber fills up, it causes an increase in pressure, which leads to cracks closing in the surrounding rock and producing faster seismic waves – and vice versa.

This is the first time scientists have been able to compare seismic noise with deformation over such a long period, and the strong correlation between the two shows that this could be a new way of predicting volcanic eruptions.

Source : University of Cambridge.

Système d’alimentation du Kilauea

Exemple de déformation du Kilauea

Lac de lave de l’Halema’uma’u

(Source: USGS / HVO)

 

Nouvelles du Kilauea (Hawaii)

La compagnie Paradise Helicopters a mis en ligne une vidéo du Kilauea réalisée au cours d’un survol du volcan le 22 juin 2017. On observe toujours un beau lac de lave dans la partie ouest du cratère du Pu’uO’o. La lave continue à s’écouler dans le réseau de tunnels, avec quelques sorties en surface au-dessus du pali. Elle entre dans l’océan sur le site de Kamokuna où elle a construit un delta qui avance d’une centaine de mètres dans la mer. Les iamges de la caméra thermique montrent une fracture qui parcourt le delta dans sa largeur. Cette fracture confirme l’instabilité du delta qui peut s’effondrer à tout moment.

La situation reste inchangée au sommet du Kilauea. Le niveau de la lave dans l’Overlook Crater varie en fonction des épisodes d’inflation et de déflation de l’édifice volcanique. Il se trouve actuellement à une trentaine de mètres sous la lèvre du cratère.

Sources : Paradise Helicopters & HVO.

————————————-

The Paradise Helicopters company has released a new video of an overflight of Kilauea volcano performed on June 22nd 2017. A nice lava lake can still be seen in the western part of Pu’uO’o Crater. Lava flows are still active throughout the tube system, with breakouts mainly above the pali. Lava is still entering the ocean at Kamokuna. It has built a vast delta that extends 100 metres from the sea cliff.  Thermal images show a hot crack spanning much of the width of the lava delta. This crack suggests sagging and instability at the front of the delta which might collapse into the ocean at any time.

The situation remains unchanged at the summit of Kilauea. The level of lava within the Overlook Crater varies with the inflation and deflation episodes of the edifice. It is currently about 30 metres beneath the crater rim.

Sources : Paradise Helicopters & HVO.

Lac de lave dans le Pu’uO’o (Source: Paradise Helicopters)

Delta de lave de Kamokuna et la fracture (Source: HVO)

Lō‘ihi, le plus jeune des volcans hawaiiens // Lō‘ihi, the youngest Hawaiian volcano

Le Lō’ihi est le plus jeune des volcans hawaiiens. Il est situé à 39 kilomètres au sud-est de Pāhala dans le district de Ka’ū. Le HVO ne possède pas de stations sismiques à proximité du Lō’ihi ; son activité est contrôlée depuis des stations implantées sur la Grande Ile d’Hawaii depuis plus de 50 ans.
Depuis la fin du mois de février 2017, les sismologues du HVO enregistrent une légère augmentation du nombre d’événements près du Lō’ihi. De janvier 2015 à février 2017, ils ont enregistré, en moyenne, un séisme par mois sur le volcan sous-marin. Depuis cette époque, le nombre de secousses a progressivement augmenté. Au cours du seul mois de juin 2017 (jusqu’au 22 juin), il y a eu 51 séismes dans le secteur du Lō’ihi.
Sans stations sismiques permanentes sur le Lō’ihi – car le sommet du volcan se trouve encore à 960 mètres sous l’eau – il n’est pas possible de localiser les séismes avec autant de précision que sur le Kilauea ou le Mauna Loa. Cependant, les événements de juin 2017 semblent être concentrés entre 9,6 et 11,2 km au-dessous du niveau de la mer et s’étendent depuis la zone sommitale du Lō’ihi jusque vers le sud.
Il est intéressant de noter que les quelque 170 séismes localisés dans le secteur du Lō’ihi entre 2010 et 2016 ont été enregistrés loin de la zone sommitale. Ils se sont produits principalement sous le flanc nord du volcan et sont descendus à des profondeurs relativement importantes. Aucune explication n’a été donnée à ce phénomène.
Dès 1952, les scientifiques du HVO ont interprété des essaims sismiques dans la région du Lō’ihi comme les signes d’un volcanisme actif. L’activité sismique à elle seule ne prouve pas de manière irréfutable que le Lō’ihi est entré en éruption, mais la localisation des derniers séismes directement sous la zone sommitale du volcan laisse supposer des ajustements dans le réservoir magmatique ou l’édifice volcanique.
La plus récente éruption du Lō’ihi s’est produite en 1996. Cette année-là, un essaim sismique significatif a commencé en juillet et s’est rapidement intensifié. Une expédition scientifique a été organisée vers le Lō’ihi dans l’espoir d’observer en direct une éruption sous-marine. Des milliers séismes, dont plus d’une douzaine avec des magnitudes supérieures à M 4,5, ont été enregistrés sous le sommet et le flanc sud du volcan entre juillet et septembre 1996. L’observation et la cartographie de la zone sommitale du Lō’ihi ont montré que, suite à la poussée du magma, une partie importante de la zone sommitale s’était effondrée. Les laves en coussins (« pillow lavas ») et les fragments vitreux recueillis lors des plongées avec un submersible ont également confirmé qu’une éruption avait eu lieu.
Dans la mesure où le sommet du Lō’ihi se trouve encore à une grande profondeur sous la surface de l’océan, l’USGS considère que le volcan ne représente pas une menace. Il n’est donc pas prévu d’installer de nouveaux instruments dans le court terme et sa surveillance restera uniquement sismique.

Source: USGS / HVO.

————————————

Lō‘ihi is the youngest of Hawaiian volcanoes. It is located 39 kilometres southeast of Pāhala in Ka‘ū District. HVO does not have seismic stations near Lō‘ihi, but it has been tracking earthquake activity there from land-based seismic stations for over 50 years.

Since the end of February 2017, HVO seismic analysts have noted a slight increase in the numbers of earthquakes near Lō‘ihi. From January 2015 through February 2017, there was, on average, one Lō‘ihi earthquake per month. Since then, the rate of earthquakes has gradually increased. In June alone (as of June 22nd), there have been 51 located earthquakes in the Lō‘ihi region.

Without permanent seismic stations at Lō‘ihi – because the highest point of the volcano is still 960 metres under water – it is not possible to locate earthquakes there as accurately as at Kilauea or Mauna Loa. However, the June 2017 earthquakes appear to be clustered roughly 9.6 to 11.2 km below sea level and extend from beneath the summit region of Lō‘ihi to the south.

Interestingly, the roughly 170 earthquakes located in the area of Lō‘ihi between 2010 and 2016 occurred away from the summit region. They were primarily beneath the northern flanks of Lō‘ihi, and extended to significantly greater depths below the volcano. The significance of this difference is unclear.

As early as 1952, HVO scientists interpreted occasional earthquake swarms in the Lō‘ihi region as reflecting active volcanism there. In fact, the earthquakes were key to recognizing that the seamount is actually an active volcano.

Earthquake activity alone does not conclusively indicate that Lō‘ihi is erupting. But the locations of recent earthquakes directly beneath the volcano’s summit region plausibly suggest magmatic or volcanic origin, such as adjustments within the magma reservoir or volcanic edifice.

The most recent confirmed eruption of Lō‘ihi occurred in 1996. That year, an energetic earthquake swarm began in July and quickly intensified, motivating a scientific expedition to Lō‘ihi to seize an unprecedented opportunity to possibly observe a submarine eruption. Thousands of earthquakes, including over a dozen with magnitudes greater than M 4.5, were recorded from beneath the summit and south flank of the volcano between July and September 1996. Subsequent viewing and mapping of the Lō‘ihi summit region showed that, consistent with magma movement from beneath the summit area, a significant portion of it had collapsed. Fresh pillow lavas and glassy fragments collected during submersible dives also confirmed the occurrence of an eruption.

Because Lō‘ihi is still so deep beneath the ocean’s surface, the USGS regards Lō‘ihi as a low- to very-low-threat volcano. Thus, there are no immediate plans for additional monitoring instruments and views of Lō‘ihi for the foreseeable future will be strictly seismological.

Source: USGS / HVO.

 Localisation des séismes sur une période de 30 jours se terminant le 22 juin 2017. (Source : USGS)

Modernisation du réseau sismique sur le Kilauea (Hawaii) // Upgrading of Kilauea’s seismic network (Hawaii)

Grâce à plusieurs années de travail, les techniciens du HVO ont récemment terminé la modernisation des stations sismiques au sommet du Kilauea. À partir de 2014, chacune de ces stations a été progressivement remise à niveau avec un sismomètre large bande de nouvelle génération, des panneaux  solaires, une radio, une antenne, un caisson de protection et un nouveau câblage. Les nouveaux caissons sont conçus avec de meilleures propriétés d’isolation afin de mieux supporter les variations de température tout au long de la journée. L’équipement est dissimulé pour minimiser son impact visuel sur l’environnement naturel. La modernisation du réseau sismique représente une étape importante pour le HVO. Elle permettra de mieux comprendre l’alimentation magmatique complexe sous le sommet du volcan.
Les premiers sismomètres gérés par le HVO ont été installés en 1994. Il était prévu qu’ils restent en place pendant un an. Il s’agissait de sismomètres « large bande », autrement dit des capteurs numériques plus sensibles sur une gamme de fréquences beaucoup plus élevée que les anciens sismomètres analogiques à courte période qui étaient les plus utilisés jusqu’à cette époque. Malgré tout, les sismos large bande de 1994 ont été conservés au-delà de la période d’essai d’un an car ils se sont montrés très utiles pour l’enregistrement de nombreux types de séismes et de signaux volcaniques que les scientifiques ont pu analyser en utilisant de nouvelles techniques.
La fréquence revient à décrire le nombre d’oscillations contenues dans un signal sismique. Elle est généralement mesurée en cycles par seconde, ou Hertz (Hz). En volcanologie, la fréquence dominante d’un signal sismique est liée à différents processus à l’intérieur du volcan. Par exemple, les ondes haute fréquence (supérieures à 1 Hz) enregistrées pour les séismes classiques sont généralement liées à un glissement sur une faille. Les ondes basse fréquence (moins de 1 Hz) sont souvent liées au mouvement du magma ou des fluides et des gaz qui s’échappent par des fractures. Les sismomètres large bande fournissent des enregistrements complets des ondes à haute et basse fréquence en provenance du volcan. Les sismomètres courte période les plus répandus sont calibrés pour enregistrer uniquement les ondes haute fréquence.
Le mouvement du magma sous le Kilauea génère une variété de séismes basse fréquence (souvent appelés Long-Period-LP) et Very Long Period (VLP) avec des fréquences de pointe de 0,17 Hz ou 60 secondes. Ces derniers séismes, qui ne peuvent être détectés qu’avec des sismomètres large bande, étaient pratiquement absents du réseau sismique existant. La nécessité d’un bon réseau large bande est devenue évidente au début de l’éruption sommitale de l’Halema’uma’u en 2008.
En 2009, l’American Recovery and Reinvestment Act (ARRA), un plan de relance économique aux Etats Unis, a permis au HVO de recueillir des fonds pour transformer le réseau mixte de surveillance – analogique et numérique – en un réseau entièrement numérique, le premier pour un observatoire volcanologique américain. Avec le financement de l’ARRA, le HVO a acheté de nouveaux ordinateurs de terrain qui enregistrent des signaux sismiques sur place, et des radios numériques pour transmettre les données en temps réel au HVO. Les derniers ordinateurs ont considérablement élargi la gamme dynamique utile de l’ancien réseau large bande. Cette capacité supplémentaire est importante pour caractériser le mécanisme qui génère des signaux sismiques associés à des effondrements dans le lac de lave sommital. Les scientifiques utilisent également les signaux sismiques pour développer des modèles de hausse et de baisse de la surface du lac de lave liées à l’accumulation et à la libération des gaz dans sa partie supérieure.
On s’est rendu compte en 2011 que les conditions environnementales adverses dans la caldeira sommitale du Kilauea posaient des problèmes aux sismomètres vieillissants. Les instruments étaient victimes de la corrosion à l’intérieur et à l’extérieur, ce qui entraînait des erreurs dans les mesures. Certains capteurs tombaient en panne. C’est pourquoi, à partir de 2014, le HVO a donné la priorité à l’amélioration du réseau large bande au sommet du volcan. Les stations sismiques ont été modernisées par étapes, en fonction de l’arrivée des financements.
Ce nouveau réseau de surveillance sismique est à la pointe de la technologie et offre aux sismologues un outil performant pour étudier les processus qui provoquent la sismicité sur le Kilauea. Il permet également de mieux comprendre le système d’alimentation magmatique du volcan, l’activité éruptive et les dangers qui l’accompagnent.

Source : USGS / HVO.

—————————————–

HVO field engineers recently completed a multi-year effort to upgrade a subset of seismic stations at the summit of Kilauea Volcano. Starting in 2014, each of the stations was progressively upgraded with a new-generation broadband seismometer, solar-power system, radio, antenna, enclosure, and cabling. The new enclosures for the seismometers are designed with better insulation properties to buffer the effects of changing temperatures throughout the day. The equipment is camouflaged to minimize its visual impact on the natural environment. The latest upgrades are an important milestone for HVO. It will improve the understanding of the complex magma plumbing system beneath volcano’s summit area.

HVO’s original seismometers were installed in 1994 as a year-long field test of “broadband” seismometers, digital sensors that are more sensitive over a much greater frequency range than are the short-period analog seismometers that were widely used at the time. But the 1994 broadband instruments were kept past the one-year test period, because they proved crucial for recording many types of earthquake and volcanic signals that scientists were able to analyze in new ways.

Frequency is one way of describing the number of oscillations of a seismic signal, typically measured in cycles per second, or Hertz (Hz). In volcano seismology, the dominant frequency of a seismic signal is related to different processes within the volcano. For example, high frequency waves (greater than 1 Hz) recorded for normal earthquakes are typically related to slip on a fault. Low frequency waves (less than 1 Hz) for some earthquakes are related to the movement of magma or fluids and gases through fractures. Broadband seismometers provide complete recordings of both high and low frequency waves coming from the volcano. The more commonly used short-period seismometers are tuned to record only high frequency waves.

The movement of magma under Kilauea generates a variety of low-frequency (often called Long-Period – LP) and Very Long Period (VLP) earthquakes with peak frequencies of 0.17 Hz or 60 seconds. The latter earthquakes, which can only be detected with broadband seismometers, were virtually invisible to the existing seismic network. The value of the dense broadband network became even more apparent when the summit eruption within Halema‘uma‘u began in 2008.

In 2009, the American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) provided resources for HVO to convert the mixed analog and digital monitoring network to an all-digital network, a first for a U.S. volcano observatory.With ARRA funding, HVO purchased new field-hardened computers called digitizers to record seismic signals on-site and digital radios to transmit the data in real time to HVO. The digitizers significantly expanded the useful dynamic range of the original broadband network. This added capability was important for characterizing the mechanism that generates seismic signals associated with large rockfalls into the summit lava lake. Scientists also are using the expanded seismic signals to develop models of the short-term rise and fall of the lava lake surface related to the accumulation and release of volcanic gas in the uppermost part of the lava lake.

It became clear in about 2011 that the harsh environmental conditions in Kilauea’s summit caldera were taking a toll on the aging seismometers. The instruments were corroding inside and outside, leading to inconsistent measurements of ground shaking. Some sensors were failing. So, starting in 2014, HVO placed a high priority on improving the summit broadband network, and the stations were upgraded in phases as resources allowed.

This upgraded network reflects state-of-the-art earthquake monitoring, and offers volcano seismologists a more powerful tool to investigate processes that cause ground shaking at Kilauea. This in turn supports advances in the understanding of the volcano’s magma plumbing system, eruptive activity, and hazards.

Source: USGS / HVO.

Les sismos à tambour en vitrine sur le Kilauea montrent aux touristes les frémissements du volcan. Les scientifiques utilisent aujourd’hui des instruments numériques beaucoup plus modernes et performants. (Photo: C. Grandpey)