Catégorie : Hawaii

Les chambres magmatiques du Kilauea (Hawaii) // The magma chambers of Kilauea Volcano (Hawaii)

Le Kilauea n’est pas en éruption en ce moment sur la Grande île d’Hawaï. Le HVO explique que le sol de la zone sommitale se gonfle et se dégonfle en fonction de l’alimentation magmatique. Cette situation peut perdurer jusqu’à ce qu’une activité éruptive se déclenche, sans prévenir ou presque.

Dans un récent article « Volcano Watch », le HVO nous explique le comportement des chambres magmatiques qui se trouvent sous le Kilauea. Pour commencer, il faut savoir que la partie supérieure d’une chambre magmatique active contient une roche liquide à très haute température. Un peu plus en profondeur dans la chambre s’opère une transition avec un matériau moins liquide, riche en cristaux, avec une température un peu moins élevée. Encore en dessous, on aboutit à une roche relativement froide et friable.
La quantité de magma dans un réservoir fluctue dans le temps, comme on peut le constater en ce moment sur le Kilauea. Ces fluctuations de la quantité de magma dans un réservoir provoquent des variations de pression qui, à leur tour, génèrent des séismes et des déformations du sol. Les séismes ne se produisent pas dans le magma liquide, mais leur emplacement permet de délimiter les zones de stockage. Les séismes affectent également une zone plus large du volcan en raison des variations de contraintes dues à la pression du magma et aux forces gravitationnelles.
Parallèlement aux séismes, le comportement de la surface du sol au-dessus d’une zone de stockage peut être un indicateur intéressant des conditions à l’intérieur du réservoir magmatique. De petits changements à la surface du sol sont enregistrés par des inclinomètres au sol, ainsi que par les satellites avec, en particulier, la technologie InSAR.

Source: USGS / HVO

Les emplacements des séismes et les données de déformation du sol donnent des indications sur l’endroit et la quantité de magma stocké sous la surface. Ces données peuvent être utiles pour modéliser la profondeur et le volume des chambres magmatiques.
Il existe plusieurs zones de stockage du magma sur le Kilauea, définies à partir des données accumulées pendant des décennies. On peut les voir sur cette coupe du volcan :

Source: USGS / HVO

Le magma est stocké dans le réservoir de Halema’uma’u (H sur l’image), qui se trouve à environ 1,5 km sous le cratère. On pense que les événements de déflation-inflation enregistrés par les inclinomètres correspondent aux variations de pression exercées sur cette zone de stockage. Ce réservoir peut se vidanger lors d’intrusions et d’éruptions. Ainsi, l’éruption de 2018 a fait évacuer tellement de magma du réservoir situé sous l’Halema’uma’u que la caldeira sommitale s’est effondrée.

Halema’uma’u avant et après l’effondrement de 2018 (Crédit photo: HVO)

Un autre réservoir peu profond, actif seulement par intermittence, se trouve près de Keanakāko’i (K sur l’image). Il y a aussi probablement du magma stocké dans le secteur reliant le réservoir de l’Halema’uma’u au Kīlauea Iki, à environ 1,5 km de la surface (HKIT sur l’image). L’éruption de septembre 2023 s’est produite à partir de ce système.

Kilauea Iki (Photo: C. Grandpey)

Au-dessous du réservoir de l’Halema’uma’u et légèrement au sud se trouve la chambre magmatique principale du Kīlauea, baptisée réservoir de la caldeira sud (SC dans l’image). Ce magma se trouve à environ trois kilomètres sous la surface ; il est alimenté par le point chaud et alimente à son tour le réservoir de l’Halema’uma’u, même si les deux réservoirs se manifestent parfois indépendamment, ce qui montre que leur connexion n’est pas parfaite. Le réservoir de la caldeira sud (SC) alimente également les principales zones de rift du Kilauea.
Il arrive aussi que le magma soit stocké dans une zone appelée zone sismique du rift sud-ouest (SWRZ sur l’image), qui se trouve à environ 3 km sous la surface entre la caldeira du Kīlauea et le système de failles de Koa’e. Les épisodes d’accumulation de magma dans cette zone sont fréquents, comme en 2006, 2015, 2021, et en octobre-novembre 2023 ; mais les éruptions dans cette zone son rares.
L’emplacement des séismes et les schémas de déformation du sol au cours des derniers mois laissent supposer que plusieurs zones d’accumulation du magma au sommet du Kilauea ont été actives. En plus des réservoirs de l’Halema’uma’u et de la caldeira sud, le magma semble s’infiltrer dans la zone sismique de Keanakāko’i et du rift sud-ouest.
On ne sait pas trop pourquoi certaines zones de stockage du magma sont plus actives que d’autres , mais des observations récentes confirment que le sommet du Kīlauea est de plus en plus sous pression au fil du temps. Comme je l’ai écrit plus haut, une activité éruptive pourrait se déclencher dans un avenir proche, sans prévenir ou presque..
Source : USGS/HVO.

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Kilauea is not erupting these days on Hawaii Big Island. HVO explains that the ground in the summit area is inflating and deflating with the fluctuating input of magma to the area. This activity may continue tp fluctuate and eruptive activity could occur in the near future with little or no warning.

In a recent ‘Volcano watch ‘ article, HVO explains the behaviour of magma chambers beneath Kilauea. To begin with, one should know that the top of an active magma chamber is hot with liquid rock. Deeper in the chamber, it transitions to slightly cooler, partially molten/partially solid, crystal-rich material, and eventually to relatively cold and brittle rock.

The amount of magma in a reservoir fluctuates over time, as can be seen right now on Kilauea. These fluctuations in the amount of magma in a reservoir cause changes in pressure that can be detected through earthquakes and ground deformation. Earthquakes don’t occur in liquids such as magma, but their locations can approximately outline storage zones. Earthquakes also occur over a wider area of the volcano because of changing stresses from magma pressure and gravitational forces.

Along with earthquakes, the behavior of the ground surface above an area of magma storage can be an important indicator of conditions in the magma reservoir. Small changes in the ground’s surface are recorded by tiltmeters on the ground, and also by satellite with the InSAR technology.

Earthquake locations and patterns of ground deformation give clues as to where and how much magma is stored beneath the surface. The data can be used to model the depth and volume of magma storage regions.

At Kilauea, there are several storage regions hypothesized from decades of monitoring data (see cross section above). Magma is stored in the Halema‘uma‘u reservoir(H in the image) , which lies about one 1.5 km below the crater. Deflation-inflation events recorded by the tiltmeters are thought to show changes in pressurization of this magma storage region. This reservoir can drain during intrusions and eruptions. For example, the eruption in 2018 removed so much magma from the Halema‘uma‘u reservoir that the summit caldera collapsed!

Another shallow reservoir, which is only intermittently active, is located near Keanakāko‘i (K in the image). There is also probably some magma stored in the Halema‘uma‘u-Kīlauea Iki trend about 1.5 km from the surface, connecting the Halema‘uma‘u reservoir to Kīlauea Iki (HKIT in the image). The September 2023 eruption occurred from this system.

Below the Halema‘uma‘u reservoir and slightly to the south is the larger main magma chamber for Kīlauea, referred to as the south caldera reservoir (SC in the image). This body of magma is about three kilometers below the ground surface; it is fed by the hot spot and feeds the shallower Halema‘uma‘u reservoir, although the two reservoirs sometimes act independently, so the connection is not perfect. The south caldera reservoir also supplies magma to Kilauea’s main rift zones.

Magma can also be stored in an area referred to as the seismic Southwest Rift Zone (SWRZ in the image), which lies about 3 km beneath the surface between Kīlauea caldera and the Koa‘e Fault System. Episodes of magma accumulation in this region are frequent, like in 2006, 2015, 2021, and in October–November 2023 ; eruptions from this area, however, are rare.

Earthquake locations and patterns of ground deformation over the past several months suggest that several zones of magma accumulation at the summit have been recently active. In addition to the Halema‘uma‘u and south caldera reservoirs, magma appears to be leaking into the Keanakāko‘i and seismic Southwest Rift Zone.

Why certain magma storage regions activate over others is not well-understood, but recent observations continue to suggest that the summit of Kīlauea is becoming increasingly pressurized over time. As I put it above, eruptive activity could occur in the near future with little or no warning.

Source : USGS / HVO.

Hawaii : éruption en vue sur le Kilauea ? // Hawaii: eruption in sight on Kilauea Volcano ?

Les scientifiques en poste à l’Observatoire des Volcans Hawaïens (HVO) sont comme ceux qui travaillent au Met Office islandais : les instruments installés sur les volcans leur permettent d’observer ce qui se passe mais ils sont incapables de faire des prévisions sur l’activité éruptive.
Ils ont observé une hausse de la sismicité au sud du sommet du Kilauea à partir du 30 décembre 2023 vers 13h10. et l’activité continue. La sismicité, très intense, à des profondeurs de 1,6 à 4 km, avec des magnitudes allant de M 1,0 à M 2,5. fait suite à une forte augmentation du soulèvement du sol dans le secteur de Sand Hill.
De tels essaims sismiques peuvent précéder les éruptions, mais on n’observe pas de migration latérale ou ascendante de la sismicité montrant que le magma se déplace vers la surface. Il n’y a actuellement aucun signe d’une éruption imminente sur le Kilauea. Il faut toutefois être très prudent. Dans les prévisions car la région sommitale reste instable, avec un niveau d’inflation élevé et une activité sismique continue.
Le HVO prévient qu’une activité éruptive sommitale est possible sans vraiment prévenir. Aucune activité inhabituelle n’a été observée le long de la zone de rift est ou de la zone de rift sud-ouest du Kilauea. Le niveau d’alerte volcanique reste à Advisory (surveillance conseillée) et la couleur de l’alerte aérienne est maintenue au Jaune.
La dernière éruption du Kilauea s’est terminée le 16 septembre 2023 mais a été suivie d’une intrusion significative au sud-ouest de la caldeira (voir image ci-dessous). Les derniers épisodes de sismicité ont alterné entre la caldeira sommitale et l’Upper East Rift Zone.
Une carte de l’intrusion observée au mois d’octobre est disponible à cette adresse :
https://www.usgs.gov/maps/october-12-2023-summary-map-intrusive-activity-kilauea-volcano

Source : HVO.

Source: HVO

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Scientists at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) are like those working at the Icelandic Met Office : instruments set up on the volcanoes allow thme to observe what is happening but they are unable to make predictions about eruptive acticity.

Elevated unrest and increased seismicity to the south of Kilauea’s summit started on December 30th, 2023 around 1:10 p.m. and is continuing. The seismicity, at depths of 1.6 – 4 km, with magnitudes ranging from M 1.0 to M 2.5,. followed a sharp increase in the rate of inflation on the Sand Hill tiltmeter.

Earthquake swarms like this can precede eruptions, but there is no lateral or upward migration of earthquakes that would suggest magma is moving toward the surface at this time, There are currently no signs of an imminent eruption at Kilauea, but one should be very careful to make predictions as the volcano’s summit region remains unsettled, with a high level of inflation and continued seismic activity.

HVO warns that eruptive activity at the summit is possible with little or no warning. No unusual activity has been noted along Kilauea’s East Rift Zone or Southwest Rift Zone. The current Volcano Alert Level remains at Advisory and the Aviation Color Code is kept at Yellow.

The most recent eruption at Kilauea summit ended on September 16th, 2023 but was followed by a significant intrusion to the southwest of the caldera (see image above). Most recent seismicity has alternated between the summit caldera and the upper East Rift Zone.

A map of the October intrusive activity is available here:

https://www.usgs.gov/maps/october-12-2023-summary-map-intrusive-activity-kilauea-volcano

Source : HVO.

Hawaii : mesure des gaz du Kilauea // Hawaii: Kilauea gas measurement

Selon le volcanologue français Haroun Tazieff, aujourd’hui disparu, l’étude des gaz volcaniques est une priorité car ils sont le moteur des éruptions. Deux gaz doivent surtout être étudiés : le dioxyde de soufre (SO2) et le dioxyde de carbone (CO2), même si d’autres gaz comme le sulfure d’hydrogène (H2S) et l’hélium (He) doivent également être pris en compte.
Un article récent Volcano Watch publié par l’Observatoire des volcans hawaïens (HVO) explique comment ces gaz sont mesurés entre les éruptions du Kilauea.
Lors des éruptions, le HVO signale fréquemment les taux d’émission de dioxyde de soufre (SO2) car c’est un moyen de suivre la progression de l’activité éruptive. Toutefois, pour les périodes précédant les éruptions, ou lorsqu’il y a une intrusion magmatique en cours sans éruption, le HVO s’appuie essentiellement sur des données géophysiques telles que la déformation du sol ou la sismicité, plutôt que sur des données géochimiques telles que les émissions de SO2.
Un autre type de gaz peut être important en période non éruptive : le dioxyde de carbone (CO2) qui a un comportement très différent du SO2 dans le système magmatique du Kilauea. Ces différences peuvent être exploitées pour mieux comprendre les processus qui se produisent sous la surface du sol. Par exemple, sur le Kilauea, le CO2 peut commencer à s’échapper du magma alors que ce dernier se trouve encore à plusieurs kilomètres sous la surface, alors que le SO2 est libéré de manière significative lorsque le magma se trouve à seulement quelques dizaines ou centaines de mètres sous la surface. Cela signifie souvent que l’on ne voit pas beaucoup de SO2 avant que la lave commence percer la surface.
Le problème du CO2 est qu’il est déjà présent en quantités très variables dans l’atmosphère, alors que le SO2 est normalement absent. Il est donc facile de détecter un signal de SO2 volcanique dans l’air ambiant, alors que le CO2 atmosphérique peut varier au cours d’une même journée, ainsi qu’avec les saisons.
Cependant, en coopération avec des chercheurs de l’Observatoire volcanologique des Cascades, le HVO a récemment accordé davantage d’attention aux données concernant le CO2 du Kilauea. L’Observatoire dispose d’une station multi-GAZ au sud-ouest de l’Halema’uma’u ; elle mesure quatre gaz volcaniques (CO2, SO2, H2S et vapeur d’eau), ainsi que des données météorologiques telles que la vitesse et la direction du vent.
Au lieu d’utiliser toutes les données CO2 de la station multi-GAZ, le HVO ne prend en compte que les données CO2 qui atteignent la station depuis certaines directions et certaines vitesses de vent. Cela permet d’essayer d’isoler le signal CO2 volcanique. Les scientifiques calculent des moyennes hebdomadaires de concentration de CO2. Une fois ce travail effectué, en examinant uniquement les données provenant de deux secteurs de Halema’uma’u (secteurs ouest et sud-est du cratère) avec des vitesses de vent modérées, ils obtiennent des tendances dans la concentration du CO2 en relation avec les récentes éruptions sommitales. En observant les données concernant ces deux directions du vent, les scientifiques ont pu constater que le CO2 semblait augmenter lentement et légèrement avant les éruptions sommitales du Kīlauea en juin et septembre. Après ces éruptions, les concentrations de CO2 ont chuté..
Aujourd’hui, depuis l’éruption de septembre, les concentrations de CO2 sont de nouveau en hausse, ce qui est probablement lié à l’intrusion magmatique dans les régions de stockage peu profondes situées sous la région sommitale et sous la caldeira sud.
Souvent, lorsque le Kīlauea entre en éruption, le HVO utilise le faible rapport CO2 / SO2 pour pouvoir dire que le magma alimentant l’éruption a été stocké à très faible profondeur, car ce rapport indique que le magma a déjà libéré la majeure partie de son CO2 avant l’éruption.
La prochaine étape de cette nouvelle méthode d’analyse des données gazeuses consistera à essayer de transformer les données de concentration de CO2 en taux d’émission de CO2, ce qui pourrait alors indiquer aux scientifiques non seulement que le magma est en train de monter à faible profondeur sous le Kilauea, mais aussi dans quelles proportions.
Source : USGS/HVO.

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For late French volcanologist Haroun Tazieff, the study of volcanic gases should be given priority as they are what drives the eruptions. Two main gases need to be studied : sulfur dioxide (SO2) and carbon dioxide (CO2), although other gases such as hydrogen sulfide (H2S) and helium (He) should also be taken into account.

A recent Volcano Watch article by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explains how these gases are measured between Kilauea’s eruptions.

During eruptions, HVO frequently reports sulfur dioxide (SO2) emission rates as a means of tracking the progression of eruptive activity. But for the periods before eruptions, or when there is an ongoing intrusion with no eruption, most of the data HVO relies on is geophysical data, such as deformation or seismicity, rather than geochemical data such as SO2 emissions.

There is another type of gas that can be important during non-eruptive periods :carbon dioxide (CO2) which behaves very differently from SO2 in Kilauea’s magmatic system. These differences can be exploited to help better understand processes occurring beneath the ground surface. For example, CO2 can begin to escape from Kilauea’s magma when it is still many kilometers beneath the surface whereas SO2 is largely released when magma is just a few tens or hundreds of meters beneath the surface. This often means we don’t see much SO2 being emitted until lava begins erupting at the surface.

The tricky thing about CO2 is that it is already present, and highly variable, in the atmosphere. This is different from SO2, which is not normally present. So it is easy to pick out a volcanic SO2 signal in ambient air measurements, but atmospheric CO2 can vary throughout the course of a day, as well as with the seasons.

Recently, however, in cooperation with researchers at the Cascades Volcano Observatory, HVO has been looking a little closer at CO2 data from Kilauea. The observatory has a multi-GAS station to the southwest of Halemaʻumaʻu that measures four volcanic gases (CO2, SO2, H2S and water vapor), as well as meteorological data such as wind speed and wind direction.

Instead of using all the CO2 data from the multi-GAS, HVO separates out CO2 data that reaches the station from certain directions at certain wind speeds. This allows to try to isolate the volcanic CO2 signal. The scientists calculate weekly averages of the CO2 concentration. Once they have done that, if they look only at data coming from two portions of Halemaʻumaʻu (the western and the southeastern parts of the crater) at moderate wind speeds, they see patterns in the CO2 concentration relative to the recent summit eruptions. For both wind directions, the scientists can see that CO2 coming from those directions appeared to increase slowly and slightly before the June and September Kīlauea summit eruptions. Once the eruptions occurred, CO2 concentrations dropped back down.

Today, since the September eruption, CO2 concentrations have been increasing again, and the increase is likely related to the intrusion of magma into the shallow storage regions beneath the summit and south caldera regions.

Often when Kīlauea erupts, HVO uses the low ratio of eruptive CO2 to SO2 to be able to say that the magma feeding the eruption was stored very shallow because that low ratio tells that the magma already degassed most of its CO2 before eruption.

The next step with this new data analysis method is to try to turn the CO2 concentration data into emission rates of CO2, which could then perhaps tell scientists not just that magma is rising to shallow depths beneath Kilauea, but how much magma is rising.

Source : USGS / HVO.

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Ces graphiques montrent les concentrations de dioxyde de carbone (CO2) dans deux zones sommitales du Kīlauea, de mars à octobre. Les carrés rouges et les cercles bleus représentent les moyennes hebdomadaires de concentration de CO2 mesurées à la station multi-GAZ du Kīlauea lorsque le vent vient de directions et à des vitesses spécifiques. Les symboles gris représentent les mesures individuelles (moyennes sur 30 minutes jusqu’à huit fois par jour). Les barres verticales roses représentent les éruptions du Kilauea de juin et septembre. (Source : USGS)

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These plots show carbon dioxide (CO2) concentrations in two summit areas of Kīlauea, from March to October. The red squares and blue circles represent weekly averages of CO2 concentration measured at the Kīlauea Multi-GAS Station when the wind is coming from specific directions and at specific wind speeds. Gray symbols represent individual measurements (30-minute averages up to eight times per day). The pink vertical bars represent Kilauea’s June and September eruptions. (Source: USGS)

Hawaii : les secrets des profondeurs // The secrets of the depths

Dans une étude publiée le 22 décembre 2022 dans la revue Science, une équipe scientifique du California Institute of Technology (Caltech) a proposé une réponse à la question : comment le magma issu du manteau profond se déplace-t-il vers la surface à Hawaii?
Les réservoirs magmatiques peu profonds qui alimentent les éruptions à Hawaii sont étudiés depuis un certain temps grâce au comportement des ondes sismiques. Les fluctuations de leur vitesse et de leur trajectoire indiquent aux scientifiques les types de matériaux traversés, avec des indications sur leur température, leur densité et leur composition. Cependant, pour vraiment comprendre ce qui gère ces processus volcaniques, les scientifiques ont besoin de savoir ce qui se passe à l’interface entre le manteau visqueux et la croûte solide. C’est ce que révèle la nouvelle étude.
La structure globale décrite dans l’étude est composée de plusieurs chambres allongées ou sills. [NDLR : un sill est une infiltration de roche magmatique entre deux couches plus anciennes d’autres roches (sédimentaires, volcaniques, métamorphiques)]. Lorsque les éruptions évacuent le magma des réservoirs peu profonds qui les surmontent, ces sills profonds semblent réagir.
Une activité sismique persistante dans une zone au sud-ouest du Kilauea et à une trentaine de kilomètres sous la surface avait précédemment laissé supposer l’existence possible d’un ensemble de failles permettant au magma de se déplacer des profondeurs vers des réservoirs proches de la surface. En outre, depuis les années 1980, certains signaux sismiques avaient suggéré que du magma s’agitait dans la région. Jusqu’à récemment, la véritable nature de ce labyrinthe souterrain reposait davantage sur la spéculation que sur la vérité scientifique. Ce dont les scientifiques avaient besoin, c’était d’un pic d’événements sismiques provenant de cette région précise. Une telle situation a semblé se produire en 2015 lorsque l’activité sismique dans la région s’est un peu accélérée.
Cependant, la vraie réponse est apparue en 2018. Après une éruption plus ou moins continue du Kilauea pendant 35 ans, une séquence éruptive majeure a commencé sur le volcan, avec l’émission d’énormes quantités de lave au cours de trois mois. La vidange du réservoir magmatique peu profond a provoqué l’effondrement spectaculaire de la zone sommitale.

Les géologues ont enregistré un pic significatif d’activité sismique profonde en 2019 sous la ville de Pāhala, à environ 40 km au sud-ouest du Kilauea. L’essaim sismique de Pāhala était une opportunité de découvrir ce qui se passait sous l’île, mais les scientifiques à eux seuls n’étaient pas été en mesure d’identifier individuellement tous les séismes car les plus petits étaient carrément étouffés par des événements plus importants.
L’équipe scientifique du Caltech a transmis l’intégralité de l’enregistrement de l’essaim sismique à un programme informatique automatique, une technique qui avait déjà été utilisée pour identifier des millions de séismes en Californie. Le programme a rapidement fait la différence entre les véritables séismes et les bruits parasites, puis il a identifié et caractérisé des milliers d’événements qui auraient été ratés par les programmes conventionnels de détection de signaux sismiques.
De novembre 2018 à avril 2022, le système a enregistré environ 192 000 séismes sous Pāhala. En transférant ces événements sur une carte, l’équipe scientifique a découvert avec surprise un ensemble de structures magmatiques représentant le cœur volcanique qui battait au sud d’Hawaii. Certains événements sismiques provenaient d’une région située à 28-32 km de profondeur. Ces séismes longue période sont généralement attribués aux vibrations produites par le mouvement des fluides, y compris le magma. L’essentiel de la sismicité provenait d’une zone située entre 35 et 43 km de profondeur. Ces séismes volcano-tectoniques délimitaient un certain nombre de structures en forme de feuille, presque horizontales ; certaines d’entre elles avaient 6,5 km de long et 4,8 km de large.
Le complexe Pāhala Sill semble donner naissance à plusieurs artères. Une voie majeure, marquée par des séismes indiquant des fracturations de roches, semble conduire directement dans l’un des réservoirs de magma peu profonds du Kilauea. Ce n’est peut-être pas une coïncidence, alors, si le complexe de sills a commencé à se manifester sans relâche en 2019. Lors de l’éruption de 2018, le Kilauea a été vidé d’une partie importante de son réservoir magmatique peu profond, ce qui a provoqué une chute de pression. Suite à cela, du magma a été aspiré dans les sills pour rétablir la pression. Des événements similaires se sont produits lors de la brève éruption du Kilauea en 2020.
Les prochaines études pourraient permettre de savoir si le Kilauea et le Mauna Loa, qui sont des voisins relativement proches à la surface, sont connectés en profondeur. À ce jour, il existe peu de preuves concrètes de cette hypothèse et les scientifiques conviennent généralement que les deux volcans sont indépendants l’un de l’autre.
Source : Caltech, The Washington Post.

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In a study published on December 22nd, 2022 in the journal Science, a scientific team from the California Institute of Technology (Caltech) has offered a possible answer to the question : how does magma from the deep mantle travel to the Hawaiian surface?

The shallow magma reservoirs that feed Hawaii’s eruptions have been known about for some time thanks to gthe behaviour of seismic waves. Changes in their speed and trajectory tell scientists what sorts of matter they have been travelling through, providing clues to its temperature, density and composition. However, to truly understand what drives these volcanic processes, scientists need to know what is happening at the interface of the squishy mantle and the solid crust. That is what is revealed by the new study.

The giant feature described in the study is made up of several elongated chambers or sills. When eruptions drain magma from the shallow reservoirs above, these deep-seated sills seem to react.

A persistent seismic activity from an area southwest of Kilauea and about 30 km below ground had previously suggested that a collection of faults may exist there, creating pathways for magma to travel from the depths to near-surface reservoirs. Besides, since the 1980s, special kinds of quakes have hinted that magma has been churning about in the region. But until recently, the true nature of this underground labyrinth was based more on speculation than scientific truth. What scientists needed was a sustained spike in quakes coming from that exact region. Things looked promising in 2015 when the region’s rumbling picked up a little.

However, the real answer appeared in 2018. After Kilauea had been erupting more or less continuously for 35 years, a major eruptive sequence began at the volcano. The event produced huge amounts of lava in three months. The drainage of the volcano’s shallow magma reservoir caused its summit to collapse dramatically.

Geologists recorded a shocking spike in deep seismic activity in 2019 below the town of Pāhala, which sits about 40 km southwest of Kilauea. While the Pāhala quake swarm was a chance to unearth the island’s buried magmatic treasure, scientists alone were not able to identify many of the individual quakes as the smaller ones were smothered by bigger events.

The scientific team from Caltech fed the entire recording of the seismic swarm to a machine learning program, a technique which had previously been used to identify millions of hidden quakes in California. The program quickly made the difference between what was a real quake and what was extraneous noise, then identified and characterized thousands of events that would have been missed by conventional seismic signal detection programs.

From November 2018 to April 2022, the system logged around 192,000 quakes below Pāhala. Plotting these events on a map, the team was stunned to discover a collection of pulsing magmatic structures which were the beating volcanic heart of southern Hawaii. Some of the quakes came from a region 28 to 32 km deep: these long-period earthquakes are usually attributed to the vibrations made by the movement of fluids, including magma. The bulk of the seismicity came from an area 35 to 43 km deep. These volcano-tectonic quakes delineated a number of near-horizontal sheetlike structures, some of them 6.5 km long and 4.8 km wide.

The Pāhala Sill Complex appears to have several arteries branching from it. One major pathway, marked by rock-breaking quakes, appears to lead right into one of Kilauea’s shallow magma reservoirs. It’s perhaps no coincidence, then, that the sill complex began to thunder relentlessly in 2019. During the 2018 eruption, Kilauea was drained of a significant portion of its shallow magma supply, causing a pressure drop. In response, magma was sucked into the sills to equalize the pressure. Similar events happened during Kilauea’s briefer 2020 eruption.

Further work may help resolve the controversial question of whether Kilauea and Mauna Loa, which are relatively close neighbours at the surface, are somehow connected at great depths. To date, little concrete evidence for this hypothesis exists, and experts generally agree that the two volcanoes are largely independent of one another.

Source : Caltech, The Washington Post.

Hypothèse du HVO sur le parcours de la lave sous le Kilauea

Le séisme de M 6,9 sur le Kilauea le 4 mai 2018 et ses répliques plusieurs mois plus tard (Source: USGS)