Catégorie : Hawaii

Mesure de la hauteur des fontaines de lave // Measuring the height of lava fountains

L’un des derniers épisodes de la série « Volcano Watch » publié par l’Observatoire des volcans d’Hawaii – le HVO – est consacré aux fontaines de lave et à la mesure de leur hauteur.
En raison de la pression accumulée par les gaz, le début d’une éruption est souvent la période la plus dynamique et la plus spectaculaire. L’une des premières missions des géologues est de mesurer la hauteur des fontaines de lave et la dimension des bouches éruptives pour essayer d’évaluer l’énergie émise par l’éruption.
Lors des deux dernières éruptions sommitales du Kilauea, les fontaines de lave les plus hautes se sont produites au début de ces événements. Cependant, lors de l’éruption de 2018, les géologues ont dû attendre près d’un mois avant de pouvoir observer la plus haute fontaine car le volcan a d’abord émis un magma plus ancien et plus froid, donc moins propice aux fontaines de lave qui supposent une lave à haute température. .
La mesure de la hauteur d’une fontaine de lave pendant une éruption peut être effectuée avec quelques instruments simples et une trigonométrie de base.
Tout d’abord, les géologues mesurent les angles vers le haut et le bas de la fontaine. Cela peut sembler simple mais peut devenir délicat lorsque la base est difficilement visible ou lorsque le sommet de la fontaine est mal défini.
On entend par ‘sommet de la fontaine de lave’ la limite supérieure de la colonne telle que la voit un oeil humain. C’est le point où la plus grande partie de la lave cesse de monter avant de retomber au sol. Il ne faut pas prendre en compte les particules les plus hautes soulevées par le panache de gaz et qui montent jusqu’à plusieurs dizaines ou plusieurs centaines de mètres au-dessus de la colonne de lave.
La base de la fontaine est facile à déterminer dès le début d’une éruption : c’est le point où la lave jaillit du sol. Même si les géologues arrivent rapidement sur le site éruptif, il est rare d’être présent au moment précis où s’ouvre une fracture, de sorte que la base peut déjà être cachée par des projections de lave et/ou des cendres qui se sont accumulées autour de la bouche active.
Pour effectuer les mesures d’angle, on a besoin d’un inclinomètre à main, d’un télémètre (laser ou optique) ou d’une application accessible sur son smartphone. Pour plus de facilité dans les calculs, les géologues du HVO mesurent toujours l’angle entre la hauteur de l’oeil et le haut de la fontaine, puis un deuxième angle entre la hauteur de l’oeil et le bas de la fontaine. De cette façon, peu importe où on se trouve par rapport à la fontaine
Il est important de tenir l’instrument de mesure au niveau des yeux et de ne pas le déplacer vers le haut ou vers le bas entre les deux mesures. C’est un peu comme si on utilisait un trépied.
Ensuite, les angles mesurés sont notés et les géologues utilisent la trigonométrie pour calculer les distances verticales pour chaque angle – autrement dit les hauteurs partielles pour chaque segment. La dernière partie du calcul consiste à additionner les deux hauteurs.
Pour connaître la distance jusqu’à la fontaine de lave, les géologues du HVO utilisent un télémètre laser précis qui mesure non seulement la distance, mais aussi l’angle, fait le calcul, puis indique la hauteur verticale.
Certaines applications pour smartphones peuvent calculer la distance si on connaît la hauteur d’un élément qui se trouve à proximité immédiate de la fontaine. Si les visiteurs du Parc National des Volcans d’Hawaii éprouvent le désir de mesurer les fontaines de lave, ils peuvent le faire depuis la nouvelle plateforme d’observation de Keanakākoʻi qui offre une vue sur le cratère. S’ils ont la chance de voir des fontaines de lave, ils peuvent les mesurer, ou ils peuvent simplement estimer la hauteur en sachant que le cône de projection (spatter cone) mesure environ 20 à 25 m de hauteur.
Source : USGS/HVO.

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One of the last episodes of the series « Volcano Watch » released by the Hawaiian Volcano Observatory is dedicated to lava fountains and the measuring of their height.

Because of the accumulated pressure of the gases, the onset of an eruption is frequently the most dynamic and vigorous period. One of the geologists’ first mission is to measure the height of lava fountains and other vent dimensions to help assess how energetic the eruption is.

In both recent summit eruptions of Kilauea Volcano, the highest fountaining occurred at the start of the eruptions. However, during the 2018 event, geologists had to wait nearly a month to observe the highest fountaining which took place nearly a month into the eruption due to the primary magma pushing out older, cooler magma.

Measuring the height of a lava fountain during an eruption can be accomplished with a few simple instruments and some basic trigonometry.

First, geologists measure the angles to the top and bottom of the fountain. This may seem simple, but it can get tricky when the base becomes obscured or when the top of the fountain has an indistinct boundary.

The top of the lava fountain is defined as the upper boundary of the optically dense column. This is where the vast majority of the lava stops rising and falls back to the ground. This is not to be confused with the highest visible particles, which could be lifted up by the gas plume several tens to hundreds of meters above the lava column.

The base is easy to determine right at the start of an eruption: it is where lava is erupting from the ground. Even though geologists arrive quickly, it is rare to be present exactly when a fissure opens, so the base might already be hidden as lava, spatter, and cinder accumulates around the vent area.

To make the angle measurements, you need either a hand-held inclinometer, compass, rangefinder (laser or optical), or even a handy app on your phone. To make the math easy, HVO geologists always measure the angle from their eye-height to the top of the fountain and then a second angle from their eye-height to the bottom of the fountain. This way no matter where you are in relation to the fountain

It is important to hold the instrument at eye level and not move the instrument up or down between the two measurements, as if you were usuing a tripod.

Second, these measured angles can then be taken and geologists use trigonometry to calculate the vertical distances for each angle — partial heights for each segment. The final part of the calculation is to add these two heights together.

To know the distance to the lava fountain, HVO geologists use an accurate laser range finder that not only measures the distance, but also the angle, does the math, and then reports back the vertical height.

Some smart phone apps can calculate the distance if you know the height of something immediately adjacent to the fountain. If visitors to Hawaii Volcanoes National Park are anxious to measure lava fountains, they can do it from the new Keanakākoʻi viewing area which allows a view into the crater. If they are lucky enough to see lava fountains, they can measure them, or they can simply estimate the height knowing that the spatter cone is about 20–25 m high.

Source: USGS / HVO.

 

En 1959, au cours de l’éruption du Kilauea Iki, les fontaines de lave ont atteint 580 mètres de hauteur (Crédit photo: USGS)

Les cristaux d’olivine du Kilauea (Hawaii) // The olivine crystals of Kilauea Volcano (Hawaii)

Les cristaux d’olivine – le minéral vert très répandu dans les laves hawaïennes – enregistrent quand et comment le magma se déplace à l’intérieur des volcans hawaïens avant les éruptions. Les géologues du HVO expliquent qu’ils peuvent utiliser ces cristaux comme des horloges pour mieux comprendre les événements qui ont précédé les éruptions sommitales du Kilauea en décembre 2020 et septembre 2021.
Les laves et leurs minéraux fournissent des indices sur l’histoire des magmas émis pendant les éruptions. Les récentes éruptions sommitales du Kilauea permettent aux scientifiques d’avoir « une fenêtre sur l’intérieur » du volcan et d’en savoir plus sur l’origine de la lave qui a percé le cratère de l’Halema’uma’u, et à quelle vitesse elle s’est déplacée vers la surface.
Les géologues mesurent la chimie des matériaux émis pour connaître la température du magma, pendant combien de temps il a séjourné à l’intérieur du volcan avant l’éruption, et si des magmas différents – plus anciens et plus froids – ont pu se mélanger au magma juvénile.
L’olivine est principalement composée d’éléments magnésium (Mg) et fer (Fe) ainsi que de silice. Le rapport entre Mg et Fe, également connu sous le nom de teneur en forstérite (Fo), peut donner des informations sur le magma dans lequel le cristal s’est développé.
Un taux de Mg plus élevé dans l’olivine (et donc un Fo plus élevé) signifie que les cristaux se sont développés dans des magmas plus chauds et généralement plus profonds. Au contraire, si la teneur en olivine Fo est faible, cela indique que les cristaux se sont développés dans un magma plus froid et généralement moins profond.
Après avoir recherché des cristaux d’olivine dans les matériaux émis par le Kilauea en décembre 2020 et septembre 2021, les scientifiques du HVO ont travaillé avec le laboratoire de microsonde électronique de l’Université d’Hawaï à Manoa pour photographier l’intérieur des cristaux d’olivine.
Ces images montrent que l’olivine récemment émise par le Kilauea peut être zonée, ce qui signifie que les noyaux des cristaux ont un Fo différent de celui de leurs bords. Cela correspond à un zonage normal dans lequel le Fo décroît de l’intérieur du cristal vers l’extérieur.
Le zonage normal des cristaux indique aux géologues qu’ils se sont d’abord développés dans une partie plus profonde et plus chaude du Kilauea, puis que leurs bords se sont développés plus tard après que le magma se soit déplacé vers une région moins profonde et plus froide.
La présence de cristaux zonés est intéressante pour le sommet du Kilauea. En effet, l’olivine du lac de lave qui était active de 2008 à 2018, avant l’effondrement du sommet, était généralement homogène, ce qui signifie qu’elle ne présentait aucun zonage.
Ces changements intervenus dans le Fo de l’olivine sont également intéressants à étudier car ils enregistrent en fait le temps mis par le processus de diffusion. Dans ce processus, les atomes de Mg du noyau d’olivine peuvent diffuser vers les bords au fil du temps pendant que l’olivine se trouve dans un magma chaud. En mesurant le changement de Fo du noyau au bord, puis en appliquant un modèle de ce changement, les géologues peuvent calculer combien de temps les cristaux sont restés au niveau le moins profond, là où les bords se sont développés avant d’entrer en éruption.
Les cristaux d’olivine de l’éruption de 2020 du Kilauea ont présenté des temps de diffusion d’environ 60 jours ou moins. Cela montre que les cristaux, qui à l’origine étaient logés profondément dans le volcan, se sont déplacés vers des régions peu profondes environ 60 jours avant leur éruption.
Environ 60 jours avant l’éruption du Kilauea en décembre 2020, le HVO a détecté fin octobre la première série d’essaims sismiques au cours de la période d’activité qui a conduit à l’éruption. Bien que l’essaim sismique initial se soit produit sous le terrain de camping de Nāmakanipaio, les temps de diffusion des cristaux d’olivine montrent que les séismes étaient peut-être le signe que le magma pénétrait à faible profondeur sous le sommet du Kilauea.
Au cours des prochaines semaines, les cristaux d’olivine de l’éruption du Kilauea qui a commencé le 29 septembre 2021 seront mesurés sur la microsonde électronique de l’Observatoire des Volcans de Californie. Les données seront ensuite modélisées pour calculer les échelles de temps à partir des «horloges» les plus récentes fournies par les cristaux. Cela permettra aux géologues de savoir si le même processus s’est répété cet automne ou si quelque chose de nouveau et de différent s’est produit avant la dernière éruption du Kilauea.
Source : USGS/HVO.

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Olivine crystals – the green mineral common in Hawaiian lavas – record when and where magmas move inside Hawaiian volcanoes before they erupt. HVO geologists explain that theye can use these little crystals like clocks to better understand the magmatic events leading to the December 2020 and September 2021 summit eruptions at Kilauea.

Lavas and their minerals erupted from Hawaiian volcanoes provide clues to the history of the magmas that are eventually erupted. Kilauea’s recent summit eruptions allow scientists to get “a glimpse inside” the volcano and the chance to learn more about where the magma that erupted in Halema‘uma‘u crater came from and how quickly it moved to the surface.

Geologists measure the chemistry of the erupted materials to find out how hot the magma was, how long it stayed inside the volcano prior to erupting at the surface, and how different magmas – older and cooler – might have mixed.

Olivine is primarily made of the elements magnesium (Mg) and iron (Fe) along with silica. The ratio of Mg and Fe, also known as the forsterite (Fo) content, can give information about the magma that the crystal grew in.

Higher Mg in olivine (and therefore higher Fo) means that crystals grew in hotter, and usually deeper, magmas. If the olivine Fo content is low, it tells us that crystals grew in a cooler, and usually shallower, magma.

After searching for olivine crystals in tephra erupted by Kilauea in December 2020 and September 2021, HVO scientists worked with the electron microprobe lab housed at the University of Hawaii at Manoa to take pictures of the insides of the olivine crystals.

These images show that Kilauea’s recently erupted olivine can be zoned, meaning that the cores of the crystals have different Fo than their rims. This corresponds to normal zoning where Fo decreases from the inside of the crystal to the outside.

Normal zoning in these crystals tells geologists that they first grew in a deeper, hotter part of Kilauea and then the rims of the crystals grew later after the magma had moved to a shallower, cooler region.

The presence of zoned crystals is interesting for Kilauea’s summit. Indeed, olivine from the lava lake that was active from 2008–2018, prior to the summit collapse, were typically homogeneous, meaning that they did not have any zoning.

These changes in olivine Fo are also special because they actually record time through a process called diffusion. In this process, Mg atoms from the olivine core can diffuse toward its rim over time while the olivine sits in a hot magma. By measuring the change in Fo from core to rim, and then applying a model of this change, geologists can calculate how long crystals sat at the shallower level where the rims grew before they erupted.

Kilauea’s 2020 olivine crystals have modeled diffusion times of about 60 days or less. This suggests that the crystals, which originally grew deeper in the volcano, moved up to shallow regions about 60 days before they erupted.

Around 60 days before Kilauea’s December 2020 eruption, HVO detected in late October the first set of earthquake swarms during the period of unrest leading to the eruption. Though the initial earthquake swarm occurred under Nāmakanipaio Campground, the modeled olivine crystal diffusion times suggest that the earthquakes could have been a sign that magma was intruding shallowly under Kilauea’s summit.

In the next few weeks, olivine crystals from Kilauea’s eruption that began on September 29th will be measured on the California Volcano Observatory’s electron microprobe. The data will then be modeled to calculate the timescales from these most recent “crystal clocks,” letting geologists know if the same process was repeated this Fall or if something new and different happened prior to the most recent eruption of Kilauea.

Source: USGS / HVO.

Dans ces images de cristaux mises en ligne par le HVO, on peut voir à gauche une vue au microscope de l’olivine émise lors de l’éruption du Mauna Loa en 1852.

Au centre, on a une vue grossie de l’intérieur d’une olivine prélevée pendant l’éruption du Kīlauea en décembre 2020, où les niveaux de gris indiquent l’abondance relative de fer (Fe). Le noyau plus foncé (noir à l’intérieur) de l’olivine est plus élevé en Mg (et donc avec une teneur en Fo plus élevée) que le bord plus clair (gris à l’extérieur). Ce cristal mesure environ 800 microns de diamètre.

À droite, on a une autre image électronique de l’olivine du 29 septembre 2021 qui présente, elle aussi, des changements dans la teneur en Fo entre le noyau et le bord. Ce cristal est plus petit, avec un diamètre de seulement 400 microns.

Images obtenues par la microsonde électronique de l’Université d’Hawaii à Manoa. (Source: HVO)

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Images of olivine from Hawaiian volcanoes:

Left: Green olivine from Mauna Loa’s 1852 eruption, viewed under a microscope.

Middle: Zoomed in image of the inside of an olivine from Kilauea’s December 2020 eruption, where grayscale indicates the relative abundance of iron (Fe). The darker core (black inside) of the olivine is higher in Mg (and a higher Fo content) than the lighter rim (gray outside). This crystal is approximately 800 microns across.

Right: Another electron image of olivine from 29 September 2021 that also has changes in Fo content between the core and rim. This crystal is smaller, only 400 microns across.

Images from the University of Hawai‘i at Mānoa electron microprobe. (Source: HVO)

Les îles du lac de lave du Kilauea (Hawaii) // Islands in Kilauea’s lava lake (Hawaii)

Des îles en train de flotter et de se déplacer à la surface des lacs de lave du Kilauea ne sont pas chose exceptionnelle. Elles ont été observés lors d’éruptions du volcan dans le passé, par exemple au cours de l’activité de l’Halema’uma’u avant 1924.
Lorsqu’une éruption a commencé le 20 décembre 2020, elle a créé un lac de lave au fond du cratère avec un événement topographique assez surprenant à sa surface au cours de la première nuit de l’éruption: une structure d’assez grande taille, de couleur marron, composée d’un matériau moins dense que la lave du lac semblait flotter à sa surface. Au cours de la semaine suivante, elle s’est déplacée dans le lac au gré des courants, pour finalement s’immobiliser en son centre. Cette structure a rappelé aux géologues du HVO les «îles flottantes» décrites par des observateurs du sommet du Kilauea il y a un siècle et même avant.
Aujourd’hui, les géologues pensent que le mot «radeau» serait plus approprié pour désigner ces structures qui ont fait leur réapparition lorsque la lave a de nouveau envahi le cratère de l’Halema’uma’u le 29 septembre 2021. Lorsque les géologues sont arrivés sur le site environ une heure après le début de l’éruption, une grande île unique – qui faisait partie du système éruptif de décembre 2020 – se dressait au-dessus de la surface du nouveau lac de lave. Plusieurs heures plus tard, l’île a été recouverte par la lave et son point culminant n’était qu’à 10 mètres au-dessus de la surface du nouveau lac.
Il semblait alors très probable que le nouveau lac de lave allait continuer à monter et allait finir par recouvrir toute la topographie qui restait de l’éruption précédente. Cependant, au fur et à mesure que l’éruption progressait, la hauteur de l’île au-dessus de la surface commençait à augmenter.
Au cours des jours suivants, d’autres îles ont refait surface dans les parties est et nord du lac de lave. La plus grande d’entre elles a maintenant son point culminant à 20 mètres au-dessus de la surface du lac.
On ne sait pas pourquoi ces îles – ou radeaux – qui avaient été submergées par la lave quelques jours auparavant sont réapparues. Il semble peu probable qu’il s’agisse de morceaux de croûte qui se seraient détachés de l’ancien fond du lac de lave solidifié et seraient remontés à sa surface. Si tel était le cas, certaines des plus petites îles se déplaceraient autour du lac de lave en étant poussées par les flux de lave en provenance des bouches actives. Il n’en est rien.Toutes les îles semblent être immobiles, si ce n’est qu’elle semblent flotter verticalement. Il est probable que tous les morceaux, ou les plus gros d’entre eux, qui se trouvaient sur le plancher de l’ancien lac de lave remontent ensemble vers la surface du lac actuel.
Un comportement semblable du lac de lave a été observé par Thomas Jaggar, fondateur du HVO, il y a environ un siècle. Cependant, le cratère Halema’uma’u était beaucoup plus petit à l’époque, Il représentait environ un cinquième (soit vingt pour cent) de sa taille aujourd’hui.
Source : USGS/HVO.

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Islands drifting on Kilauea’s lava lakes are not exceptional. They have been observed during the volcano’s past eruptions. They were already observed during pre-1924 Halemaʻumaʻu activity.

When an eruption began on December 20th, 2020, it created a lava lake at the base of the crater with striking topographic relief that formed across its surface during the first night of the eruption. A broad, brown feature made up of less-dense material appeared to be floating in the lava lake. Over the next week, it migrated around the lake according to flow directions f, eventually halting in the center of the lake. This feature reminded HVO geologists of the “floating islands” described by Kilauea summit observers a century ago and earlier.

Contemporary geologists suggest that the word ‘raft’ may be a better term to describe these features which reappeared when lava again emerged within Halema’uma’u Crater on September 29th, 2021. By the time geologists arrived for visual observations about an hour after this new eruption began, only the largest island, part of the high-standing west vent system from the December 2020 eruption, remained above the surface of the new lava lake. Several hours later, the island was submerged by lava and its highest point was only 10 meters above the surface of the new lava lake.

It seemed apparent that the newly forming lava lake was going to continue rising and eventually cover all remnant topography of the earlier eruption. However, as the eruption progressed, the height of the island above the lava lake surface started to increase.

Over the next few days, more islands within the eastern and northern part of the lava lake re-emerged above the lava lake surface. The largest island now has a high point that is 20 meters above the active surface of the lava lake.

It is unclear why these islands – or rafts – that were submerged by the lake only a few days before have reappeared. It seems unlikely that these are individual pieces of crust detaching from the old, solidified lava lake floor and rising up. If that were the case, at least some of the smaller islands would migrate around the lava lake as lava flows moving outward from the active vents push them around. All of the islands appear to be stationary except for floating vertically upward, so it is likely that all or large chunks of the older lava lake floor are moving upward together.

Similar lava lake behaviour was observed by Thomas Jaggar, founder of HVO, about a century ago. However, Halemaʻumaʻu crater was much smaller then, about a one-fifth or twenty percent of its size today.

Source : USGS / HVO.

 

Le lac de lave du Kilauea et ses îles le 2 octobre 2021 (Crédit photo : HVO)

Sensibilisation aux séismes à Hawaii // Earthquake awareness in Hawaii

L’île d’Hawaï est parfois secouée par des séismes comme l’événement de magnitude M 6,2 le 10 octobre 2021 à 11h49 (heure locale). L’épicentre était situé juste au sud de la Grande Ile d’Hawaii. La secousse, causée par la flexion de la plaque océanique, a rappelé que l’État d’Hawaï est sujet à des séismes pouvant causer des dégâts.
Certains impacts des séismes peuvent être minimisés si les gens prennent des précautions. C’est ce qu’on appelle la prévention.
Il existe plein de petites choses à faire avant que se produise un tremblement de terre pour se protéger soi-même et protéger ses biens. Il faut s’organiser et élaborer un kit d’urgence. Il est conseillé de maintenir contre le mur les objets lourds comme une bibliothèque ou une télévision; cela réduira le risque de basculement. Des loquets solides sur les placards empêcheront la vaisselle de voler à travers la cuisine. Ce ne sont là que quelques petits conseils faciles à mettre en oeuvre pour se préparer et se protéger. Le site The Great Hawai’i Shake Out donne plus d’informations et de conseils sur la prévention sismique :
https://www.shakeout.org/hawaii.
L’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO), ainsi que des milliers d’habitants dans tout l’État, participent chaque année à The Great Hawai’i ShakeOut pour encourager la sensibilisation aux séismes.
L’International ShakeOut Day a lieu le troisième jeudi d’octobre. C’est l’occasion de rappeler la conduite à suivre en cas de séisme. Cette année, le 21 octobre à 10h21, le HVO invitait les gens à une session « Drop, Cover, and Hold On. » (accroupissez vous, protégez vous et cramponnez vous). Comme on peut le voir sur l’image ci-dessous, cela peut consister tout simplement à se glisser sous une table et attendre que le séisme soit terminé.
Source : USGS / HVO.

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The Island of Hawaii is sometimes shaken by earthquakes like the magnitude M 6.2 event that occurred on October 10th at 11:49 a.m. (local time). The epicenter was located just south of the Island of Hawaii. The earthquake, caused by bending of the oceanic plate, was a reminder that the State of Hawaii is no stranger to potentially damaging earthquakes.

Some of the impacts from earthquakes, like the recent magnitude-6.2, can be minimized when people prepare in advance. This is called prevention.

There are countless small actions one can do, long before another earthquake strikes, to protect oneself and one’s property. One needs to make a plan and build a supply kit that can be used in case of an emergency. Fastening heavy objects like a bookcase or television to the wall will lessen the chances of them tipping over. Having sturdy latches on cupboards will help stop dishes from flying across the kitchen. These are just a couple of the small things one can do to prepare. The website entitled The Great Hawai’i Shake Out gives mor information and advice about what can be done as a prevention : :

https://www.shakeout.org/hawaii .

The Hawaiian Volcano Observatory (HVO), along with thousands of residents across the State, participate yearly in The Great Hawaiʻi ShakeOut to raise awareness for earthquake preparedness.

International ShakeOut Day is the third Thursday of every October. The Thursday date also determines the time when one practices what to do during an earthquake. This year, on October 21st at 10:21 a.m., HVO invited people to Drop, Cover, and Hold On. As can be seen in the image below, it could be as simple as dropping under a table and waiting for the earthquake to be over.

Sopurce: USGS / HVO.

Crédit photo: HVO