Catégorie : Kilauea

Volcans du monde // Volcanoes of the world

Voici quelques nouvelles de l’activité volcanique dans le monde:

Le KVERT indique qu’un violent événement éruptif a eu lieu sur le Klyuchevskoy (Kamchatka) le 18 janvier 2021 avec des panaches de cendres s’élevant jusqu’à 7,5 km au-dessus du niveau de la mer. Le village de Kozyrevsk a reçu des retombées de cendres dans les heures qui ont suivi l’éruption. La couche de cendre a atteint un centimètre d’épaisseur. Il semble que la couleur et la structure de cette cendre soient différentes de celles des éruptions précédentes. Des échantillons ont été envoyés à l’Institut de Volcanologie pour une analyse chimique.

Dans ses derniers rapports, le KVERT dit qu’une coulée de lave continue d’avancer le long du flanc sud du volcan. Les données satellitaires montrent une anomalie thermique significative dans une zone du volcan

Le niveau d’alerte est maintenu à Orange.

Vue des panaches de cendre du Klyuchevskoy le 24 janvier 2021 (Crédit photo : KVERT)

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Une hausse de la sismicité avec 22 événements entre M 3,4 et M 4,1 a été enregistrée à moins de 35 km d’El Chichon (région du Chiapas / Mexique) entre le 24 décembre 2020 et le 19 janvier 2021. Les hypocentres ont été localisés à des profondeurs comprises entre 3 et 83 km. Suite à la récente sismicité, de nouveaux instruments sont installés sur le volcan pour surveiller la sismicité et les émissions de gaz. Des échantillons d’eau de source sont collectés pour analyse chimique.

La dernière éruption d’El Chichon a eu lieu du 28 mars au 11 septembre 1982, avec un VEI 5. Elle a détruit le dôme de lave sommital et déclenché des coulées pyroclastiques qui ont dévasté une zone d’environ 8 km autour du volcan. L’éruption a creusé un nouveau cratère de 1 km de large et 300 mètres de profondeur qui contient aujourd’hui un lac acide

Source: Service national de sismologie du Mexique (SSN), Smithsonian Institution.

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Un essaim sismique avec plus de 68 événements a été enregistré près de Rotorua (Nouvelle-Zélande) le 24 janvier 2021, avec des magnitudes allant jusqu’à M 4,9 et à une profondeur de 5 km. De nombreux habitants ont déclaré avoir ressenti les secousses.

GeoNet a expliqué que des essaims sismiques sont fréquents dans la Zone Volcanique de Taupo, en particulier dans le secteur entre Rotorua et Taupo, qui est tectoniquement actif. Le dernier essaim sismique de cette magnitude dans la caldeira remonte à juillet 2004. L’épicentre était situé juste au nord, près du lac Rotoehu. En 1998, un autre essaim a été enregistré juste au sud du dernier événement. Il a duré un mois, tandis que la séquence de 2004 a duré un peu plus de trois semaines.

Source: New Zealand Herald.

Rotorua et sa region (Source: Google Maps)

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En Sicile, les caméras de surveillance continuent de montrer une activité strombolienne à partir d’au moins deux bouches sur le Cratère SE de l’Etna. Une activité strombolienne est également observée à l’intérieur du Cratère NE, de la Voragine et de la Bocca Nuova. Le tremor se maintient à un niveau relativement élevé.

L’INGV indique qu’au vu des caméras de surveillance la coulée de lave émise de la zone cratèrique Nord du Stromboli n’est plus alimentée. On observe maintenant une activité strombolienne normale à partir de trois ou quatre bouches dans la zone cratèrique Nord, avec une douzaine d’explosions chaque heure. L’activité dans la zone Centre-Sud semble réduite. L’ampleur du tremor volcanique, la fréquence et l’énergie des événements explosifs montrent un certaine stabilité. Les données de déformation ne montrent aucun changement significatif.

Le volcan est particulièrement actif en ce moment et la situation peut, bien sûr, évoluer rapidement.

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Plusieurs médias indiquent que le Merapi (Indonésie) a connu un épisode éruptif dans la matinée du 27 janvier 2021 avec plusieurs coulées pyroclastiques qui ont  parcouru environ 1 500 mètres sur le versant SO du volcan.. Ce sont les plus longues coulées observées sur le volcan depuis que les autorités ont relevé le niveau d’alerte en novembre 2020. Ce niveau d’alerte est maintenu à 3 (Siaga) et il est demandé à la population de rester en dehors de la zone de danger existante de 5 kilomètres autour du cratère.

Source: Médias d’information nationaux et internationaux.

Cette dernière séquence éruptive est provoquée par des effondrements du dôme sommital, déjà observés depuis plusieurs mois. Cela ne signifie pas forcément, comme on peut le lire parfois, que l’on se dirige vers une éruption majeure du Merapi.

Le Merapi le 27 janvier 2021 (Crédit photo : Slamet Riyadi)

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La situation reste relativement stable sur La Soufrière de St Vincent. Le dôme continue à croître lentement. Les scientifiques de la Univerity of the West Indies (UWI), épaulés par des collègues américains, continuent d’installer des instruments de surveillance sur le volcan. Les webcams en font partie, mais, autant que je sache, aucune d’elle de transmet des images à l’attention du public.

Le dernier bulletin à propos de La Soufrière indique que les scientifiques sont préoccupés par l’activité du dôme à proximité de la paroi intérieure sud du cratère. Une caméra a été installée au sommet pour suivre sa croissance et sa vitesse d’extrusion.

De plus, un miroir spécial a également été installé. A l’aide d’un faisceau de lumière, il permettra de faire des mesures précises. Les scientifiques sauront si le point où se trouve le miroir – sur le flanc sud du cratère – est en train de se déplacer. Si c’est le cas, cela signifie que le dôme exerce une pression sur le cratère, avec un possible danger d’effondrement.  .

Il y a actuellement pas mal de vapeur qui sort du cratère. Elle est probablement due au contact entre les sédiments et l’eau de pluie avec la roche très chaude du dôme.

Le niveau d’alerte du volcan reste à Orange.

Source : UWI, NEMO.

Source : UWI

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L’éruption du Kilauea (Hawaii) continue dans le cratère de l’Halema’uma’u. La lave sort d’une bouche qui perce la paroi interne nord-ouest du cratère (voir photo ci-dessous). Le 25 janvier 2021, le lac de lave avait une profondeur d’environ 205 m et seule la partie ouest est actuellement active. Les émissions de SO2 restent élevées avec environ 2 200 tonnes par jour.

Les inclinomètres au sommet montrent une tendance déflationniste. Aucun magma ne migre actuellement vers les zones de rift du Kilauea.

Source: HVO.

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Here is some news of volcanic activity around the world :

KVERT indicates that a poweful eruptive event took place at Klyuchevskoy (Kamchatka) on January 18th, 2021 with ash plumes rising up to 7.5 km above sea level. The Kozyrevsk village received ashfall with a one-centimetre layer in the hours after the eruption. It seems the colour and structure of the ash is different, from the previous eruptions. Samples were sent to the Institute of Volcanology for chemical analysis.

In its latest reports, KVERT says a lava flow continues to travel along the southern flank of the volcano. Satellite data show a large bright thermal anomaly in an area of the volcano

The alert level is kept at Orange.

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An increase in seismicity with 22 events between M 3.4 and M 4.1 has been registered within 35 km of El Chichon (Chiapas region / Mexico) between December 24th, 2020 and January 19th, 2021. The hypocentres were located at depths between 3 and 83 km.

Following the recent seismicity, more instruments are being installed on the volcano to monitor seismicity and gas emissions. Spring water samples ae collected for chemical analysis.

The last eruption of El Chichon took place from March 28th to September 11th, 1982, with a VEI 5. It destroyed the summit lava dome and triggered pyroclastic flows that devastated an area as far as about 8 km around the volcano. The eruption created a new 1-km-wide, 300-metre-deep crater that now contains an acidic lake

Source : Mexico’s National Seismological Service (SSN), Smithsonian Institution.

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A seismic swarm with more than 68 events was recorded near Rotorua (New Zealand) on January 24th, 2021, with magnitudes up to M 4.9 and depth of 5 km. Many residents reported feeling the quakes.

GeoNet explained that seismic swarms are ofte recorded in the Taupo Volcanic Zone, especially in the area between Rotorua and Taupo, which is tectonically active. The last swarm with quakes of this size within the caldera was in July 2004. It was located just north near Lake Rotoehu. In 1998, another swarm occurred just to the south of the latest event. It lasted for a month, while the 2004 sequence lasted just over three weeks.

Source: New Zealand Herald.

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In Sicily, the monitoring cameras still show strombolian activity from at least two vents at Mt Etna’s SE Crater. Strombolian activity is also observed within The NE Crater, Voragine and Bocca Nuova. The tremor remains at a relatively high level.

INGV indicates that in view of surveillance cameras the lava flow emitted from Stromboli’s northern crater zone is no longer supplied. Normal Strombolian activity is now observed from three or four vents in the northern crater zone, with a dozen explosions every hour. Activity in the Center-South area appears to be reduced. The magnitude of the volcanic tremor, the frequency and the energy of the explosive events show a certain stability. The deformation data shows no significant change.

The volcano is particularly active these days and the situation can change quickly.  

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Several news media indicate that Mount Merapi (Indonesia) erupted in the morning of January 27th, 2021 with several pyroclastic flows that travelled about 1,500 metres down the SW slopes of the volcano (see photo above). They were the volcano’s longest flows since authorities raised the alert level in November 2020. The alert level is kept at 3 (Siaga) and people should stay out of the existing 5-kilometre danger zone around the crater.

Source: National and international news media.

The last eruptive episode was caused by collapses of the summit dome. Similar collapses were already observed in the past months and do not necessarily herald a major eruption of Mt Merapi, as can be read on the social networks.

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The situation remains relatively stable at St Vincent’s La Soufrière. The dome continues to grow slowly. Scientists from the University of the West Indies (UWI), supported by American colleagues, continue to install monitoring instruments on the volcano. Webcams are one of them, but as far as I know none of them sends images to the public’s attention.

The latest update about La Soufriere indicates that scientists are concerned about activity close to the southern crater wall inside the crater. A camera has been installed at the summit to track the growth of the dome and its extrusion rate.

In addition, a special mirror was also installed. With a beam of light from the flanks, it will allow to make accurate measurements. Thus, the scientists will know if the point where the mirror is – on the southern crater flank – is moving. If so, this would mean the dome is pressing against the crater, with a possible collapse hazard. .

There is currently quite a lot of steam coming out of the crater. It is probably dur to the contact between the sediment and water due to rainfall and the hot rock of the dome.

The volcanic alert level remains at Orange.

Source: UWI, NEMO.

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 Kilauea (Hawaii) continues to erupt within Halema’uma’u Crater. Lava is coming out of a vent on the northwest side of the crater (see photo below). On January 25th, 2021, the lava lake was about 205 m deep and only the western half is currently active.

SO2 emission rates remain elevated at about 2,200 tons per day. .

The summit tiltmeters show a deflationary trend. No magma is currently moving into Kilauea’s rift zones.

Source: HVO.

Photo prise le 21 janvier 2021 depuis la lèvre sud de la caldeira sommitale du Kilauea. Elle montre la bouche active mentionnée ci-dessus. Cette bouche alimente le lac de lave. (Crédit photo: USGS).

La photo montre aussi qu’il ne s’agit pas d’un véritable de lave comme celui qui s’agitait dans le cratère de l’Halema’uma’u au cours de la dernière éruption du Kilauea , ou encore das les cratères du Nyiragongo ou de l’Erta Ale. Ici, l’image montre qu’il s’agit davantage d’un épanchement de lava alimentée par une bouche sur la paroi interne du cratère. Cette lave émise s’accumule ensuite dans la cratère mais ne présente pas les mouvements de convection que l’on voit habituellement dans les vrais lacs de lave. Pour qu’un tel lac naisse dans l’Halema’umau’, il faudrait que le niveau de la lave dans le cratère dépasse en hauteur la bouche qui l’émet. Peut-être qu’à ce moment-là, le lac prendra une autre allure…

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Photo taken on January 21st, 2021 from the southern rim of the Kilauea summit caldera. It shows the active vent mentioned above. This vent feeds the lava lake. (Photo credit: USGS).

The photo also shows that it is not a real lava like the one that stirred in Halama’uma’u Crater during the last Kilauea eruption, or even in the craters of Nyiragongo or Erta Ale. Here, the image shows that it is more of an effusion of lava fed through a vent on the inner wall of the crater. This emitted lava then accumulates in the crater but does not exhibit the convection motions usually seen in real lava lakes. For such a lake to appear in Halema’umau ’, the level of the lava in the crater would have to rise above the emitting vent. The lake might then assume on a different aspect …

La géochimie de la lave du Kilauea // The geochemistry of Kilauea’s lava

En 2011, quand j’ai travaillé sur le processus de refroidissement de la lave (voir le résumé de mon étude sous l’entête de ce blog) dans le Parc National des Volcans d’Hawaii, en relation avec le HVO, Jim Kawaikawa, alors en charge de l’Observatoire, m’a expliqué l’importance de l’analyse chimique de la lave dans le contexte de la prévision éruptive. Il m’a d’ailleurs remercié d’avoir publié les résultats concernant les échantillons de lave que j’avais prélevés sur le terrain.  

Chaque nouvelle éruption du Kilauea donne un aperçu de ce qui se passe à l’intérieur du volcan et en particulier du ou des réservoirs magmatiques. La récente éruption sommitale, qui a débuté le 20 décembre 2020, offre au HVO une fenêtre à l’intérieur du volcan et permet de mieux connaître l’origine du magma qui alimente l’éruption.

Pour savoir à quel endroit est stocké le magma et comment il se comporte avant une éruption, les scientifiques analysent la chimie des matériaux émis (minéraux, gaz dissous ou bulles de gaz). Les analyses renseignent sur la température du magma dans la chambre magmatique, le temps pendant lequel il est resté à l’intérieur du volcan avant d’arriver à la surface, et comment différents magmas (anciens ou juvéniles, plus froids ou plus chauds) ont pu se mélanger avant que le volcan entre en éruption.

Un moyen simple de répondre à ces questions est d’examiner la quantité de magnésium (Mg) à l’intérieur de la lave. Les géochimistes utilisent le magnésium (exprimé en MgO, ou oxyde de magnésium) pour déterminer la chaleur d’un magma qui indique le laps de temps mis pour atteindre la surface depuis la source. Des teneurs élevées en MgO indiquent des magmas juvéniles à haute température qui sont arrivés dans le réservoir superficiel du Kilauea peu de temps avant l’éruption. En revanche, des teneurs plus faibles en MgO reflètent des magmas plus anciens et plus froids qui sont restés stockés à l’intérieur du volcan pendant de plus longues périodes.

Les 20 et 21 décembre 2020, donc peu de temps après le début de la dernière éruption, des scientifiques du HVO ont travaillé en collaboration avec le laboratoire de l’Université d’Hawaï à Manoa et sa microsonde électronique pour mesurer le MgO dans la lave nouvellement émise. Elle présente une teneur en MgO d’environ 7% de son poids, ce qui est très proche de la composition du lac de lave au sommet du Kilauea en 2018. [NDLR : L’analyse la lave que j’avais prélevée en 2011 reéléit un taux de MgO équivalant à 7.34%]. Les dernières analyses montrent que l’éruption actuelle n’a pas débuté avec un magma juvénile venant d’entrer dans le réservoir sommital peu profond du Kilauea. L’éruption actuelle a probablement mis e jeu du magma en provenance de la même source superficielle qui a alimenté le lac de lave entre 2008 et 2018.

Les cristaux d’olivine – souvent présents dans les laves hawaïennes – contiennent également beaucoup de magnésium. Dans l’olivine, la teneur en Mg est exprimée en fonction de la teneur en forstérite (Fo), rapport entre la quantité de Mg et la teneur en fer (Fe) [Mg / (Mg + Fe) x100]. [ NDLR : De composition Mg2SiO4, la forstérite est le pôle pur magnésien de l’olivine]. Comme pour les verres, une plus grande teneur en Mg dans l’olivine (par exemple, plus de Fo) signifie que les cristaux se sont développés à partir de magmas plus chauds et plus récents. En revanche, si la teneur en olivine Fo est faible, cela indique que les cristaux se sont développés dans un magma plus froid. Les premiers cristaux d’olivine apparus dans les magmas les plus récents – et donc les plus chauds – sous le Kilauea ont généralement des teneurs en Fo de 88–90.

Sur le Kilauea, les cristaux d’olivine les plus récents, d’un diamètre d’environ 0,5 mm en général, ont des valeurs de Fo relativement faibles, autour de 82. Cela signifie que les cristaux se sont développés dans des magmas relativement froids stockés à faible profondeur, à quelques kilomètres sous la surface. Les cristaux sont également chimiquement homogènes, ce qui signifie qu’il n’y a pas de variations de la teneur en Fo entre leur centre et leur surface. Cela montre que le mélange entre les magmas plus chauds (avec une teneur en MgO élevée) et les magmas plus froids (avec moins de MgO) n’a pas eu lieu récemment au sommet du Kilauea.

D’une manière plus globale, la présence de verres à faible teneur en MgO et d’olivine homogène à faible teneur en Fo indique que du magma juvénile à haute température n’a pas été émis. Au lieu de cela, on a affaire à du magma plus ancien et plus froid. Il s’agit probablement d’un reste de magma de l’éruption de 2018 qui a maintenant atteint le sommet du Kilauea.

Source : USGS / HVO.

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In 2011, when I worked on the lava cooling process (see the summary of my study under the heading of this blog) in Hawaii Volcanoes National Park, in relation with HVO, Jim Kawaikawa, then in charge of the Observatory, explained to me the importance of the chemical analysis of the lava in the context of eruptive prediction. He also thanked me for posting the results of the lava samples I had collected in the field.

Each new eruption at Kilauea provides a glimpse into what is happening inside the volcano and its magma reservoirs. The recent summit eruption, which began on December 20th, 2020, provides HVO with a window  inside the volcano and allows to learn more about where the magma supplying the eruption is coming from.

To know about where magma is stored and how it moves prior to an eruption, geologists can measure the chemistry of erupted materials such as minerals, and dissolved gases or gas bubbles. The chemistry can tell them a lot about how hot the magma was at depth, how long it sat inside the volcano prior to arriving at the surface, and how different magmas (old vs. fresh, cooler vs. hotter) might have mixed together before erupting.

A simple way to start investigating is to look at how much magnesium (Mg) the lava contains.

Geochemists use Mg (expressed as MgO, or magnesium oxide) to determine how hot a magma is, which indicates how recently it arrived at Kilauea from its source. Higher MgO contents indicate “fresh” hot magmas entering Kilauea’s shallow reservoir shortly prior to eruption, whereas lower MgO contents reflect “older” and colder magmas that have been stored within the volcano for longer periods of time.

Shortly after the first tephra erupted on December 20th and 21st, 2020, HVO scientists worked with the electron microprobe lab housed at the University of Hawaii at Manoa to measure MgO in the new lavas. These have glass MgO contents of approximately 7 weight percent, which is very similar to the composition of Kilauea’s previous lava lake in 2018. This indicates that the current eruption did not begin with “fresh” hot magma entering Kilauea’s shallow summit reservoir. Instead, the eruption is likely drawing magma from the same shallow source that fed the 2008–2018 lava lake.

Olivine crystals – commonly found in Hawaiian lavas – also have a lot of Mg. In olivine, the abundance of Mg is expressed as the forsterite content (Fo), which is a ratio of how much Mg there is compared to the iron (Fe) content [Mg/(Mg+Fe)x100]. Similar to the glasses, higher Mg in olivine (for example, higher Fo) means that the crystals grew from hotter, fresher magmas. If the olivine Fo content is low, it tells scientists that the crystals grew in a cooler magma. The first olivine crystals to grow in the freshest, hottest magmas rising beneath Kilauea typically have Fo contents of 88–90.

Kilauea’s newest olivine crystals, which are typically about 0.5 mm in diameter, have relatively low Fo values of 82. This suggests that the crystals grew in relatively cool magmas stored at shallow depths, a few kilometres below the ground surface. The crystals are also chemically homogeneous, meaning that there are no changes in Fo content from the middle to the rim. This shows that mixing between hotter (higher MgO) and colder (lower MgO) magmas has not occurred recently at Kilauea’s summit.

Together, the low-MgO glasses and homogeneous, low-Fo olivine indicate that hot, fresh magma has not been erupted. Instead, these compositions reveal that older, “cooler” magma, possibly the left-over magma from 2018 eruption, is being emitted now at Kilauea’s summit.

Source: USGS / HVO.

Vue au microscope, le 26 décembre 2020, d’un échantillon de lave émise lors de la dernière éruption, avec cheveux et larmes de Pele.

Zoom sur l’image électronique de cette lave, où les niveaux de gris indiquent la teneur relative en fer. On aperçoit de très petits cristaux de clinopyroxène et de plagioclase à côté des vésicules.

Autre image électronique de la lave qui contient de petits cristaux d’olivine ainsi que des spinelles.

(Source : Université d’Hawaii à Manoa, USGS / HVO).

Mesure du dioxyde de soufre (SO2) en milieu volcanique // Measurement of sulphur dioxide (SO2) in volcanic environments

Le dioxyde de soufre (SO2) est l’un des principaux gaz émis par les volcans. L’éruption de la Lower East Rift Zone (LERZ) du Kilauea en 2018 a libéré d’énormes quantités de SO2 et tout l’archipel hawaïen a parfois été envahi par le brouillard volcanique, appelé localement vog. Aujourd’hui, avec l’éruption dans l’Halema’uma’u, les panaches de SO2 sont emportés par les alizés et ils perturbent la vie de la population dans les zones sous le vent. Il est donc important de savoir quelle quantité de ce gaz est émise pour comprendre les conséquences pour la santé humaine.

J’ai écrit une note sur les émissions de SO2 le 31 mai 2020. Les scientifiques du HVO donnent aujourd’hui plus de détails sur la technique de mesure de ce gaz.

Pour mesurer les émissions de SO2, les scientifiques du HVO commencent par monter un spectromètre ultraviolet (UV) sur la carrosserie d’une voiture ou la carlingue d’un avion. Dans la mesure où le SO2 est invisible et peut ne pas coïncider parfaitement avec les parties visibles du panache éruptif, ils déterminent l’endroit où le SO2 est susceptible de se trouver en fonction de la direction du vent.

Puis, en partant du ciel clair d’un côté du panache, ils balayent toute la largeur inférieure du panache et retrouvent le ciel clair de l’autre côté. Le spectromètre est d’abord orienté vers le ciel et, comme le SO2 absorbe les rayons UV, l’appareil détecte ensuite une quantité d’UV moins importante lorsqu’il se trouve sous le panache de gaz contenant du SO2. Le spectromètre mesure la quantité de SO2 qui se trouve au-dessus de lui dans une trajectoire verticale ; c’est la « longueur de trajet de concentration. » (concentration-path-length).

Cette longueur de trajet de concentration associe la concentration et le trajet en une seule unité, ppm ∙ m (parties par million par mètre). Un panache de 1 mètre d’épaisseur avec une concentration de 10 ppm de SO2 équivaut à 10 ppm ∙ m. Il en va de même pour un panache de 10 mètres d’épaisseur avec une concentration de seulement 1 ppm de SO2. La quantité de SO2 est la même, elle est simplement distribuée différemment.

Toutes ces mesures mises ensemble sur la largeur du panache fournissent des indications sur une section transversale de ce même panache et montrent quelle quantité de SO2 se trouvait au-dessus du spectromètre en chaque point de mesure. Cette section transversale qui incorpore la largeur du panache en mètres, permet de connaître la surface de gaz dans cette zone, avec des unités de ppm ∙ m2 (parties par million par mètre carré).

Une fois que les scientifiques ont calculé cette section transversale, ils utilisent la vitesse du panache (en mètres / seconde) pour déterminer le nombre de sections transversales – mais aussi la quantité de gaz – dans un certain laps de temps. Cela conduit à des unités de ppm ∙ m3 / s (parties par million par mètre cube par seconde), autrement dit un volume de gaz émis avec une certaine concentration de SO2 par seconde.

Dans la mesure où on sait combien pèse une molécule de SO2, on peut convertir ce volume en masse (en kilogrammes ou en tonnes), et on peut convertir les secondes en jours. C’est ainsi que procèdent les scientifiques pour déterminer les flux de SO2 qui sont généralement exprimés en tonnes / jour (t / j). Grâce aux résultats obtenus, les scientifiques du HVO peuvent comparer les émissions de SO2 de l’éruption actuelle avec celles des éruptions précédentes du Kilauea.

Ainsi, lorsque le HVO a commencé à utiliser des mesures UV en 1979, les émissions de SO2 au sommet du volcan atteignaient en moyenne 500 t / j ou moins. Entre 1983 et 2008, l’éruption du Pu’uO’o émettait en moyenne 2000 t / j. Après des émissions relativement élevées au début de l’éruption sommitale de 2008-2018, les émissions du lac de lave se sont stabilisées à près de 5 000 t / j tandis que les émissions du Pu’uO’o chutaient  à quelques centaines de t / j.

L’éruption de 2018 a eu des émissions très élevées, avec près de 200 000 t / j ; ce sont les émissions les plus élevées jamais enregistrées sur le Kilauea.

Après l’éruption de 2018, les émissions de SO2 du Kilauea ont chuté à une trentaine de tonnes par jour.

Au début de la nouvelle éruption en décembre 2020, les émissions de SO2 au sommet du Kilauea étaient de 30 000 à 40 000 t / j. Les services sanitaires ont mis en garde le public sur la mauvaise qualité de l’air et ses dangers pour la santé.

Après l’arrêt de l’activité dans la fissure nord de l’Halema’uma’u le 26 décembre 2020, les émissions de SO2 ont progressivement baissé pour atteindre environ 2500 t / j le 11 janvier 2021, signe que l’activité éruptive diminuait..

Source: USGS / HVO.

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Sulphur dioxide (SO2) is one of the main gases emitted by volcanoes. Kilauea’s Lower East Rift Zone (LERZ) eruption in 2018 released huge amounts of sulphur dioxide and the whole Hawaiian archipelago was sometimes invaded by the volcanic fog, or vog. Today, during the Halema’uma’u eruption, SO2 plumes are pushed by the trade winds and disturb life in downwind areas. So, it is important to know how much of this gas is emitted for understanding implications for human health during volcanic eruptions.

I wrote a post about SO2 emissions on May 31st, 2020. In a new article, HVO scientists give more details about how to measure this gas.

To measure SO2 emission rates, HVO scientists begin by mounting an ultraviolet (UV) spectrometer to a car or an aircraft. Since SO2 is invisible and may not perfectly coincide with visible parts of the plume, they determine where the SO2 should be based on wind direction.

Then, starting under clear sky on one side of the plume, they traverse underneath the entire width of the plume, and end up back under clear sky on the other side.

The spectrometer looks up at the sky and, because SO2 absorbs UV radiation, it detects less incoming UV when it is under the gas plume where there is SO2. It measures how much SO2 is above it in the vertical ‘path’ where the spectrometer is looking – the ‘concentration-path-length’.

Concentration-path-length combines concentration and path into a single unit, ppm∙m (parts per million meters). A 1-metre-thick plume with a concentration of 10 ppm (parts per million) of SO2 is equivalent to 10 ppm∙m. So is a 10-metre-thick plume with a concentration of only 1 ppm of SO2. The amount of SO2 is the same, it is just distributed differently.

All those concentration-path-length measurements put together across the plume’s width make a ‘slice’, or cross-section, through the plume, showing how much SO2 was above the spectrometer at each point. That slice, since it incorporates the plume width in metres, is the area of the gas in a cross-section of plume, with units of ppm∙m2 (parts per million square metres).

Once the scientists have that cross-section, they use plume speed (in metres/second) to determine how many of those cross-sections – and how much gas – are passing overhead in a certain amount of time. That brings them to units of ppm∙m3/s (parts per million cubic metres per second)—which is a volume of gas with a certain concentration of SO2 each second.

Because one knows how much a molecule of SO2 weighs, one can convert that volume into a mass (in kilograms or tonnes), and one can convert seconds to days. That is how scientists derive the emission rates of SO2, which are usually presented in units of tonnes/day (t/d).

With the results they obtain, HVO scientists are able to compare SO2 emission rates from the current eruption to those emitted by previous Kilauea eruptions.

When HVO began to use UV measurements in 1979, the summit averaged about 500 t/d of SO2 or less. Between 1983 and 2008, Kilauea’s Pu’uO’o eruption averaged around 2,000 t/d. After higher emission rates early in the 2008–2018 summit eruption, the lava lake emissions stabilized near 5,000 t/d while Pu’uO’o’s emissions fell to a few hundred t/d.

The 2018 eruption had very high emission rates of nearly 200,000 t/d, the highest recorded emissions from Kilauea. Following the 2018 activity, Kilauea emissions dropped to only about 30 t/d.

At the beginning of the new eruption in December 2020, Kilauea summit emission rates were 30,000–40,000 t/d. The Department of Health warned the public of potential hazardous, poor air quality. It advised residents and visitors to be prepared and aware of the surrounding conditions. Since the north fissure activity ceased on December 26, 2020, SO2 emissions have progressively dropped and reached about 2,500 t/d on January 11th, 2021, a sign that the eruption rate has decreased.

Source : USGS / HVO.

 

Panaches de gaz sur le Kilauea (Photos : C. Grandpey)

Un nouveau laboratoire pour le HVO (Hawaii) // New lab for HVO (Hawaii)

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO), géré par l’USGS, vient d’acquérir un nouveau laboratoire qui permettra aux scientifiques de mieux comprendre les propriétés physiques des téphras. Le mot « tephra » ou « téphra » fait référence à tous les types et toutes les tailles de fragments de roche projetés par un volcan en empruntant une trajectoire aérienne lors d’une éruption. Les téphras incluent les cendres, les bombes, les scories ou même les cheveux et les larmes de Pelé.

Ce nouveau laboratoire d’analyse de téphras permettra au HVO de déterminer la densité, la taille et la forme des particules, ainsi que les différents types de téphras émis par un volcan. En utilisant ces informations, les géologues du HVO seront en mesure d’analyser toute une gamme de phénomènes, depuis l’ascension du magma et le processus éruptif jusqu’aux dépôts de cendres laissés par les  éruptions du passé. Il est important d’obtenir ces mesures aussi précisément et rapidement que possible lors d’une éruption.

Le nouveau laboratoire du HVO est unique par sa capacité à analyser une vaste gamme d’échantillons, de un mètre à un micron (10-6 m). Le traitement des échantillons est non destructif et l’analyse est rapide. Chaque type de mesure ne prend que quelques minutes, et on estime que l’ensemble des mesures prend 1 à 2 heures. La méthode non destructive d’utilisation de ces nouveaux instruments est révolutionnaire ; elle permet aux chercheurs d’effectuer une suite complète d’analyses sur le même échantillon – au lieu d’utiliser différents échantillons du même matériau – pour une compréhension plus complète des éruptions. Cela permet également de préserver dans leur intégrité tous les  échantillons.

La première étape consiste à étudier les composants de l’échantillon afin de comprendre à quel type d’éruption les scientifiques sont confrontés.

Pour les échantillons de téphras prélevés directement sur le terrain, le HVO dispose de deux nouveaux stéréoscopes à lumière réfléchie. Lors de leur utilisation, les géologues peuvent séparer manuellement les différents composants de l’échantillon, tels que la lave juste prélevée, les cristaux, ou les petits morceaux de la paroi du cratère.

Au cours de l’étape suivante, les chercheurs mesurent la densité des échantillons. Pour les échantillons de lave, la mesure de la densité permet de comprendre quelle était la consistance du magma lors de son émission ; cela renseigne sur la dynamique de l’éruption. La densité de l’échantillon est déterminée en mesurant sa masse et son volume. Pour les morceaux de téphra de plus de cinq centimètres, le volume est calculé à l’aide d’un scanner 3D, puis l’échantillon est pesé. Les grains plus petits, depuis les lapilli jusqu’à la poudre de cendre, sont placés dans un pycnomètre à gaz, une machine qui calcule la densité directement en utilisant le principe d’Archimède de déplacement du volume en injectant de l’azote gazeux. Les pycnomètres fonctionnent aussi bien avec des scories et de la pierre ponce qu’avec des cendres ; ils permettent de comprendre la dynamique des éruptions.

La troisième étape est la mesure de la taille des échantillons, ce qui donne des informations sur la façon dont le magma s’est fragmenté pour produire des téphras pendant les épisodes de fontaines de lave et les explosions. Les fragments de plus de 3 centimètres sont tamisés à la main, de manière traditionnelle, tandis que les grains plus petits sont soumis à un Camsizer, un appareil de dernière génération qui photographie chaque fragment et convertit l’image en mesure de la taille. Le flux de particules passe devant une source de lumière stroboscopique LED ultra lumineuse et plane. Les Camsizers peuvent mesurer des dizaines de milliers de fragments en seulement 5 minutes. De plus, ils utilisent les images pour mesurer la forme 2D des fragments en utilisant des paramètres mathématiques établis. Les informations concernant la taille des fragments sont essentielles pour les modèles de fontaines de lave et de cendres.

L’étape finale peut prendre des semaines, voire des mois. Elle consiste à découper les échantillons en fines lamelles et à les étudier au microscope pétrographique. Le HVO possède deux nouveaux microscopes pétrographiques avec différents ensembles de lentilles: l’un peut évaluer la taille des bulles, la texture des bulles ainsi que la texture de mélanges de magmas, tandis que l’autre peut se concentrer sur les cristaux et les inclusions.

Les nouveaux instruments d’analyse de téphras que vient d’acquérir le HVO sont actuellement en cours d’étalonnage. Les échantillons prélevés pendant l’éruption en cours seront les premiers analysés. Ce nouveau laboratoire permet une analyse quasiment en temps réel des produits émis et donc une meilleure surveillance des éruptions.

Source: USGS / HVO.

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The USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has been granted a new laboratory that will allow scientists to better understand the physical properties of tephra.

Tephra is any type and size of rock fragment that is ejected from a volcano and travels an airborne path during an eruption. Examples include ash, bombs, scoria, or Pele’s hair and Pele’s tears.

The tephra lab will help HVO determine the density, size, and shape of individual tephra particles along with types of tephra. Using this information, HVO geologists can analyse a range of topics, from magma ascent and eruption processes to ashfall deposits from past explosive eruptions. It is important to get these measurements as accurately and quickly as possible during an eruption.

HVO’s new lab is unique in its ability to analyze a wide size range of samples, from one metre to one micron (10-6 m). The sample processing is non-destructive and analysis is fast with each type of measurement taking only minutes, and all measurements are estimated to take 1–2 hours total. The non-destructive nature of these new instruments and methods is revolutionary and allows researchers to perform a full suite of analyses on the same sample, instead of different samples of the same material for a more integrated understanding of eruptions. This also allows samples to be fully preserved.

The first step consists in studying the sample components. Componentry helps understand what type of eruption scientists are dealing with.

For tephra samples straight from the field, HVO has two new stereoscopes that use reflected light. Looking through them, geologists can manually separate the different components that might make up the sample, such as fresh glassy lava, crystals, and small pieces of the crater wall.

Next, the researchers measure density. For pieces of lava, measuring density helps understand how frothy the magma was when it erupted, which tells us about eruption dynamics.

Sample density is determined by measuring its mass and volume. For pieces of tephra larger than five centimetres, the volume is calculated using a 3D scanner, and then the sample is weighed. Smaller grains from gravel to powdery ash sizes will be placed in a pycnometer, a machine that calculates density directly using Archimedes principle of volume displacement with nitrogen gas. The pycnometers work with foams (scoria and pumice) as well as ash and helps understand eruption dynamics.

Then, the samples will be measured for size, which give information about how magma gets ripped apart to produce tephra from lava fountains and explosions. Fragments larger than 3 centimetres are sieved in the traditional manual way, while smaller grains will run through one of the new Camsizers ; this is a machine that photographs each fragment and converts the image to a size measurement. The Camsizers can measure tens of thousands of fragments in as little as 5 minutes. Additionally, they use the images to measure the 2D shape of fragments using established mathematical parameters. Size information is essential for models of lava fountaining and ashfall.

A final step that may take weeks to months. It consists in turning pieces into a thin section for final analysis on a petrographic microscope. HVO has two new petrographic microscopes with different sets of lenses: one can assess bubble sizes, bubble textures, and magma-mixing textures, while the other can focus on crystals and melt inclusions within them.

HVO’s new tephra lab instruments currently being calibrated. Samples from the current eruption will be the first analyzed. The HVO tephra lab brings physical volcanology monitoring of eruptions to near-real time analysis.

Source : USGS / HVO.

Photo : C. Grandpey