Catégorie : Kilauea

Colorimétrie de la pièce d’eau de l’Halema’uma’u (Hawai) // Colorimetry of Halema’uma’u’s water pond (Hawaii)

Aujourd’hui, le Kilauea n’est plus en éruption. Sans coulées de lave à étudier, les scientifiques du HVO se tournent désormais vers la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u. Cela fait maintenant 15 mois que des eaux souterraines chaudes s’infiltrent dans le cratère d’effondrement apparu suite à l’évacuation du lac de lave et d’une partie de la chambre magmatique sommitale en 2018. Étant donné que le fond du cratère d’effondrement et la pièce d’eau sont physiquement inaccessibles, le HVO utilise des techniques à distance pour surveiller cet environnement changeant et potentiellement dangereux. Le HVO utilise des drones pour collecter des échantillons d’eau et les analyses chimiques donnent une idée de leur composition. Des caméras conventionnelles et thermiques surveillent en permanence la surface du lac et les fumerolles tout autour. Le LiDAR (Light Detection and Ranging) permet d’analyser l’évolution de la morphologie du lac. Un modèle numérique de terrain (MNT) est intégré aux mesures du niveau d’eau pour calculer la profondeur, le volume et le débit du lac. Ces ensembles de données quantitatives sont complétés par les comptes rendus écrits fournis par les scientifiques du HVO. Lorsque la pièce d’eau a été observée pour la première fois, c’était une mare de couleur turquoise à l’aspect laiteux. Plus tard sont apparues des teintes jaunes et des bordures vertes. Aujourd’hui, la surface du lac présente des lobes d’eau couleur rouille au-dessus d’une couche de couleur brun foncé, avec des taches brun clair. Des apports d’eau verdâtre émergent de la berge rocheuse le long de laquelle plusieurs taches rouges ont récemment été observées. La surface de l’eau est une mosaïque en mouvement constant. Ce patchwork de couleurs indique probablement des zones de température et des composants dissous différents. Leur mouvement est probablement provoqué par des différences de densité et d’apport d’eau douce.

Les scientifiques du HVO ont jugé nécessaire d’ajouter des mesures quantitatives à ces  observations visuelles de la couleur du lac.

Un colorimètre portatif, capable de mesurer la chromaticité et la luminosité, est actuellement testé sur le terrain. Ce type d’instrument a été utilisé sur le volcan Aso au Japon en 2010, et les scientifiques du HVO s’en sont inspirés. Les colorimètres sont  plus fréquemment utilisés dans l’industrie alimentaire et textile qu’en volcanologie.

La colorimétrie consiste à mesurer la longueur d’onde et l’intensité de la lumière. La quantification de la couleur peut être divisée en deux parties. La luminosité est la quantité de lumière réfléchie, émise par un objet ou qui le traverse. La chromaticité mesure la teinte et la couleur, indépendamment de la luminosité. La colorimétrie relie ces variables à la réception de la couleur par l’œil humain et à notre jugement sur le stimulus physique de la lumière. Sur le terrain, les scientifiques font des observations visuelles sur un champ large, puis orientent le colorimètre vers un centre d’intérêt. L’enregistrement de la chromaticité et de la luminosité s’appuie sur des ensembles de données hydrologiques et géologiques ; cela contribue à fournir des informations qui peuvent compléter d’autres observations à distance. Grâce à cette technique expérimentale, les scientifiques sont en mesure d’expliquer les couleurs dynamiques observées dans la pièce d’eau de l’Halema’uma’u. Il se peut que le changement de couleur du lac indique un jour une évolution de l’activité volcanique sur le Kilauea. En effet, des changements de couleur et d’apparence de l’eau ont déjà été observés dans d’autres lacs de cratère actifs dans le monde. Par exemple, sur le volcan Aso au Japon en 2003, le lac Yudamari est passé du bleu-vert au vert uni avant qu’une éruption se produise au fond du lac. Bien que l’on ne sache pas si le lac au fond de l’Halema’uma’u montrera un changement de couleur similaire avant une éruption, c’est un indicateur potentiel que les scientifiques du HVO vont continuer à étudier dans le cadre de la surveillance de l’activité du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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Today, Kilauea is no longer eruptive. With no lava flows to study, HVO scientists are turning to the water like at the bottom of Halema’uma’u Crater.

For 15 months now, hot groundwater has been seeping into the collapse pit created by the evacuation of the 2008–2018 Halema‘uma‘u lava lake and part of the underlying summit magma chamber. Since the gaping pit and the water lake rising within are physically inaccessible, HVO uses remote techniques to monitor this changing, and potentially hazardous, environment.

HVO uses Unoccupied Aircraft Systems (UAS, or drones) to collect water samples, the chemical analyses of which are snapshots of lake composition. Visual and thermal cameras keep constant watch on the lake surface and the hot fumaroles surrounding it. LiDAR (Light Detection and Ranging) helps to reveal the lake’s growing form. A Digital Elevation Model (DEM) is integrated with frequent water level measurements to calculate lake depth, volume, and inflow rate. These quantitative data sets are complemented by the written accounts of HVO scientists.

When the water pond first emerged, it was described as a pond of milky turquoise water. Later, it developed yellow hues and green shoreline margins. Today, the lake surface has lobes of rust orange water over expanses of deep brown, with patches of light brown and tan. Elongated green inflows emerge from the rocky shoreline, along which several ruddy spots have recently upwelled.

The water surface is a mosaic in constant motion. This patchwork may indicate zones of distinct temperature and dissolved constituents, and their movement is likely driven by differentials of density, wind, and fresh groundwater inflow.

HVO scientists recognized the need to define these valuable visual observations of colour with quantitative measurements.

A colorimeter instrument, a handheld optical device that measures chromaticity and brightness, is being field-tested for this purpose. A similar type of colour measurement was conducted at Aso Volcano in Japan in 2010, inspiring the techniques used by HVO. Colorimeters are more commonly used in industries like food processing and textile manufacturing than in volcanology.

Colorimetry is the measurement of the wavelength and intensity of light. The quantification of colour can be divided into two parts. Brightness, or luminicity, is the quantity of light that is reflected, emitted from, or passes through an object. Chromaticity is a measurement of hue and colorfulness, independent of brightness. Colorimetry relates these variables to the human eye’s sensation of colour, and to our judgment of the physical stimulus of light.

In the field, scientists make broad visual observations, then sight the colorimeter at a point of interest. The record of chromaticity and brightness builds upon hydrologic and geologic data sets, contributing insight that may help link other remote observations. Analysis of the colorimetry data from this experimental technique may help scientists explain the dynamic colours seen at the Halema‘uma‘u lake.

Lake colour changes may possibly even signal changing volcanic conditions beneath the watery depths.  Water colour and appearance changes have been observed at other active crater lakes around the world. For example, at Aso Volcano in Japan in 2003, Yudamari lake changed from blue-green to solid green before an eruption occurred at the lake bottom.

While it is not known if the water lake within Halema‘uma‘u would have a similar colour change prior to an eruption, it is a potential indicator that HVO scientists will be looking for as part of routine monitoring of Kīlauea activity.

Source: USGS / HVO.

Vue de la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u fin octobre 2020 (Source : HVO)

Kilauea (Hawaii): Sismicité et odeur de soufre, mais pas d’éruption en vue // Seismicity and sulphur smell, but no imminent eruption

Dans la soirée du 22 octobre 2020, les personnes vivant près du sommet du Kilauea ont commencé à ressentir une série de séismes. Ils étaient faibles et certains pouvaient même être confondus avec une forte rafale de vent faisant vibrer la maison. Au fil de la nuit, ces événements sont devenus de plus en plus fréquents et de plus gênants.
Il s’est avéré qu’un essaim sismique superficiel avait commencé à l’ouest du sommet du Kilauea, près du camping de Namakanipaio. L’événement le plus significatif a atteint une magnitude de M 3,5 le 24 octobre. Cependant, le HVO a rassuré la population et a expliqué que cette sismicité n’était pas le signe d’une éruption volcanique.
L’Observatoire fait remarquer que, bien que le Kilauea et le Mauna Loa ne soient pas en éruption actuellement, ils sont tous deux des volcans actifs et il y a une activité sismique constante au sein de ces volcans. Cette activité peut inclure des événements comme le dernier essaim sismique. Le HVO a détecté plusieurs essaims similaires depuis 1983 le long du système de failles Ka’oiki situé entre le Kilauea et la Mauna Loa.
Outre la sismicité, les habitants de Big Island ont également signalé de fortes odeurs de soufre ou du vog (brouillard volcanique) au cours de la semaine dernière. Les instruments de surveillance du HVO n’ont enregistré aucune augmentation des émissions de SO2 ou de H2S. La raison la plus probable de la présente de cette odeur réside dans les ‘vents de Kona’, des vents qui soufflent du sud et non du nord-est comme les alizés traditionnels. En conséquence, même si les gaz volcaniques émanant du Kilauea sont restés à un niveau normal, le changement d’orientation du vent les fait se concentrer dans des secteurs inhabituels.
Malgré la sismicité et l’odeur de soufre, le HVO insiste sur le fait qu’il n’y a actuellement aucune éruption ou signe qu’une éruption est imminente. La pièce d’eau au fond de l’Halema’uma’u continue de s’étendre et de s’approfondir lentement.
Source: HVO.

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On the evening of October 22nd, 2020, people living near the summit of Kilauea began to feel a series of earthquakes. They were small and some could even be mistaken for a strong gust of wind blowing against the house. As the night went on, these events became more frequent and larger in magnitude.

As it turns out, a shallow seismic swarm had begun west of Kilauea’s summit, near Namakanipaio Campground. The largest single event reached M 3.5 earthquake on October 24th. However, HVO reassured the population and explained that this seismicity was not the sign of a volcanic eruption.

The Observatory explains that although Kilauea and Mauna Loa are not currently erupting, they are both active volcanoes and there is constant “background” activity going on within these volcanoes. This background activity can lead to, and include, events like the recent earthquake swarm.

HVO has detected several similar Ka‘ōiki seismic swarms since 1983 along the Ka‘ōiki fault system which is located between these two active volcanoes..

Beside the seismicity, Big Island residents also reported strong smells of sulphur or vog (volcanic fog) over the past week. HVO’s gas monitoring instruments have not recorded any increases in volcanic emissions of SO2 or H2S. The most likely reason is the Kona winds which are winds coming from the south instead of the typical trade winds from the northeast. As a result, even though volcanic gases emanating from Kilauea have remained at consistent “background” levels, they are being blown around and concentrated in other places than normal.

Despite the seismicity and the sulphur smell, HVO insists that there is currently no eruption or signs that an eruption is imminent. The water lake at the bottom of Halema‘uma‘u continues to slowly expand and deepen.

Source: HVO.

Emissions de gaz sur le Kilauea (Photo : C. Grandpey)

Failles et sismicité sur le Kilauea (Hawaii) // Faults and seismicity on Kilauea Volcano (Hawaii)

Outre l’activité volcanique, la sismicité est présente sur la Grande Ile d’Hawaï. En particulier, le flanc sud du Kilauea est l’une des régions les plus sismiquement actives des États-Unis. Chaque année, le HVO enregistre des milliers de secousses dans cette partie de l’île.

Le réseau de failles de Koa’e relie les zones de Rift Est et de Rift Sud-ouest du Kilauea au sud de la caldeira. Cette zone de faille recoupe le Rift Est près du cratère Pauahi et s’étire sur près de 12 km dans une direction est-nord-est vers l’ouest, jusque près du Mauna Iki et la zone de Rift Sud-Ouest (voir carte ci-dessous).
Les failles apparaissent sous forme de petites falaises ou d’escarpements le long de Hilina Pali Road dans le Parc des volcans d’Hawaï. Ces falaises le long des failles glissent lors de séismes majeurs, comme celui du 4 mai 2018, avant le début de l’éruption du Kilauea.
Les mouvements des failles de Koa’e ont fait se déplacer de 1,50 mètre d’anciennes coulées de lave sur une période de plusieurs siècles. Cette zone fournit de bonnes indications sur les mouvements de failles sur le long terme car les coulées de lave ne l’ont pas recouverte, ce qui permet une bonne lisibilité du mouvement du flanc sud du Kilauea. Plus récemment, des failles ont décalé des routes ainsi que sentiers utilisés par les premiers Hawaïens. Il était donc intéressant de savoir si les failles avaient bougé pendant et après l’éruption de 2018.
La géodésie est encore utilisée pour étudier la morphologie des volcans hawaïens, même si les géologues ont souvent recours à des technologies plus modernes, telles que l’interférométrie par satellite et le GPS.
Une approche plus ancienne, le «nivellement», reste une méthode géodésique précieuse quelque 170 ans après son invention. Les scientifiques du HVO l’utilisent depuis des décennies pour étudier les volcans, avec des résultats intéressants.
Depuis l’éruption de 2018, le département de géologie de l’Université d’Hawaï à Hilo a collaboré avec des scientifiques du HVO pour effectuer des opérations de nivellement là où cette technique est la plus adaptée. Le nivellement utilise des théodolites pour mesurer avec précision les différences d’élévation entre des stations marquées par des repères ancrés dans le substrat rocheux. Si les altitudes et les distances entre les stations de mesure ont changé pendant le temps écoulé depuis les mesures précédentes, une répétition du nivellement détecte le changement jusqu’à l’échelle millimétrique. Le nivellement nécessite des équipes de personnes travaillant le long d’une grille établie sur le terrain, ce qui demande beaucoup de temps. Les stations de mesure sont généralement espacées d’environ 90 mètres.
Les scientifiques de l’USGS ont commencé le nivellement le long des failles de Koa’e dans les années 1960, ce qui a permis d’obtenir des mesures sur le long terme. Dans les années 1960, la bande de terre d’environ trois kilomètres au coeur du système de failles de Koa’e s’est élargie d’environ 1,5 cm chaque année. Les failles individuelles ne jouent en général que de quelques millimètres chacune. En revanche, lors des séismes de 2018, on a enregistré le plus important mouvement vertical le long d’une seule faille, avec un déplacement de plus de 40 cm.
Lorsque les failles de Koa’e bougent, elles glissent verticalement ou s’ouvrent en créant de profondes fissures. Un exemple spectaculaire de ce phénomène a été observé au niveau d’Hilina Pali Road en 2018 quand la faille a coupé la route en deux. Peu de temps après la fin de l’éruption de 2018, le nivellement a révélé que les mouvements le long des failles de Koa’e avaient retrouvé leur rythme normal, beaucoup plus lent.
La campagne de nivellement actuelle sur le réseau de failles de Koa’e a révélé que la majeure partie du relief le long de ces falaises est modelée par des événements majeurs. Très peu de nouvelles fissures se sont formées à la suite des grands événements géologiques de 2018. Au lieu de cela, le mouvement a tendance à se poursuivre de manière répétitive le long des fissures existantes ; elles s’ouvrent plus largement et augmentent leurs escarpements avec le temps. Le comportement du réseau de failles de Koa’e est également étroitement lié à ce qui se passe ailleurs sur le volcan, comme les séismes de 2018 sous le flanc sud du Kilauea et l’effondrement à répétition de la caldeira sommitale.
Source: USGS / HVO.

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Beside volcanic activity, seismicity is present on Hawaii Big Island. In particular, Kilauea’s south flank is one of the most seismically active regions in the United States. Each year, HVO records thousands of earthquakes occurring beneath the flank.

The Koa‘e fault system connects Kilauea’s East and Southwest Rift Zones south of the caldera. The fault zone intersects the East Rift near the Pauahi Crater and extends nearly 12 km in an east-northeast direction towards the westernmost boundary near Mauna Iki and the Southwest Rift Zone (see map below).

Faults here appear as low cliffs, or “scarps” along Hilina Pali Road in Hawai‘i Volcanoes National Park. These fault-cliffs slip during major earthquakes, such as those of May 4th, 2018, before the beginning of Kilauea’s 2018 eruption.

Koa‘e fault movements have offset ancient lava flows by as much as 1.50 metres over a period of centuries. This area provides an important long-term record of motion due to the lack of recent lava flows covering the faults, which makes it an ideal location to study the motion of Kilauea’s south flank. More recently, faults have offset roads and footpaths used by early Hawaiians. So, it is interesting to know how much fresh offset took place during and after the 2018 eruption.

Geodesy is still used to measure the shape of Hawaiian volcanoes. New technologies, such as satellite interferometry and the Global Positioning System (GPS), depend on satellites to make geodetic measurements.

One older approach, “levelling,” remains a valuable geodetic method some 170 years after it was invented. HVO scientists have used it for decades to study volcanoes, with significant results.

Since the 2018 eruption, the Geology Department at the University of Hawaii at Hilo has collaborated with HVO scientists to perform levelling where it is the best approach available. Levelling uses theodolites to precisely measure elevation differences between stations marked by stainless steel bolts cemented into bedrock. If elevations and distances have changed during the time since the previous measurements, repeat levelling will detect it even down to the millimetre scale. Levelling requires teams of people working along an established grid in the field, and this work demands quite a lot of time. Field stations are commonly set around 90 metres apart.

USGS scientists first began levelling along the Koa‘e faults in the 1960s, providing a long-standing record of data and field stations already in place. In the 1960s, the roughly three-kilometre land strip encompassed by the Koa‘e fault system widened by about 1.5 cm each year. Individual faults move only a few millimetres each.. In contrast, the largest vertical movement recorded during the 2018 earthquakes along a single fault was over 40 cm.

When the Koa‘e faults move, they either slide vertically or open to create a deep crack. A dramatic example of opening occurred at the Hilina Pali Road 2018 faulting which split the road. Shortly after the end of the 2018 eruption, levelling revealed that the rates of change along the Koa‘e faults quickly returned to the much slower normal pace.

The current Koa‘e levelling campaign has revealed that most of the relief along these cliffs is created by large events. Very few new cracks formed as a result of the large geologic events of 2018. Instead, motion tends to continue repeatedly along existing cracks, opening them wider and making their scarps taller over time. The motions along the Koa‘e faults are also sensitively tied to what happens elsewhere on the volcano, such as the 2018 earthquakes underneath Kilauea’s south flank and the repeated collapse of the summit caldera.

Source : USGS / HVO.

Carte géologique de la zone sommitale du Kilauea, avec le système de failles de Koa’e (Source : USGS)

De nouvelles caméras pour le Kilauea et le Mauna Loa (Hawaii) // New cameras for Kilauea and Mauna Loa (Hawaii)

Au cours des deux dernières décennies, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) a mis en place un réseau de caméras pour surveiller les changements de comportement du Kilauea et du Mauna Loa. Ce réseau était adapté à l’activité volcanique de l’époque. Cependant, de futures éruptions pourraient se produire sur d’autres sites et le HVO a donc commencé à reconfigurer son réseau de caméras pour couvrir une zone plus large et combler les vides possibles.
Le réseau actuel comprend une trentaine de caméras, dont sept sur le Mauna Loa, 21 regroupées autour du sommet du Kilauea et du Pu’uO’o sur la Middle East Rift Zone, et deux le long de Lower East Rift Zone.
Sur le Kilauea, le nouveau réseau de caméras élargira la couverture de surveillance, en particulier entre le sommet du Kilauea et le Mauna Ulu, entre le Pu’uO’o et la Lower East Rift Zone, et la Southwest Rift Zone.
En outre, d’autres caméras sont prévues pour surveiller les basses pentes de la zone de rift sud-ouest du Mauna Loa, près de la subdivision des Ocean View Estates, ainsi que toute la zone de rift nord-est de ce volcan. Alors que deux webcams surveillent déjà la partie sud de la caldeira Moku’āweoweo, le HVO va essayer d’améliorer leur transmission pour fournir des images en temps quasi réel, comme le reste du réseau. Enfin, de nouvelles caméras sont prévues pour surveiller la partie nord de Moku’āweoweo et les bouches radiales.
Le nouveau réseau de caméras du HVO est destiné à surveiller en permanence toutes les zones susceptibles d’être exposées aux coulées de lave, ainsi que celles où des bouches risquent de s’ouvrir lors d’une prochaine éruption. Le réseau permanent disposera toujours d’une trentaine de caméras.
En plus du réseau permanent, le HVO va également exploiter deux jeux de caméras temporaires. En effet, bien que le réseau permanent soit censé fournir une couverture la plus large, il n’est pas toujours possible de fournir les détails les plus intéressants et les plus utiles aux scientifiques, à la protection civile et au public. Ces caméras temporaires seront des webcams portables, pouvant être facilement déplacées, destinées à être installées dans des endroits éloignés. Elles enregistreront et montreront l’évolution de situations et de processus volcaniques locaux. Elles resteront en place pendant 1 à 5 ans selon les conditions.
Un troisième ensemble de caméras sera constitué de celles dédiées uniquement aux éruptions. Elles sont prévues pour une durée brève (celle d’une éruption). Ce sont des caméras d’intervention d’urgence pour la surveillance des risques, ainsi que pour des études scientifiques détaillées. Leur avantage est qu’elles peuvent être installées presque n’importe où. L’inconvénient est qu’elles ont des durées de vie courtes, demandent une maintenance fréquente et, comme le HVO l’a appris en 2018, ces caméras peuvent être dérobées.
Voici quelques liens vers les caméras du Kilauea et du Mauna Loa :

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=KIcam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=KWcam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=PScam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=PGcam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=MOcam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=M1cam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=M3cam

Source: USGS / HVO.

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Over the past two decades, the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has set up a camera network system to monitor visual changes at Kilauea and Mauna Loa volcanoes. This network was designed for the volcanic activity of the time. However, future eruptions could occur elsewhere and HVO has therefore begun to reconfigure its camera network to cover a wider area and to fill in “blind spots.”

The current camera network consists of about 30 cameras, including seven on Mauna Loa, 21 clustered around Kīlauea summit and Pu’uO’o on the middle East Rift Zone, and two along Kilauea’s lower East Rift Zone.

On Kilauea, the new camera network will widen the monitoring coverage to cover visual gaps between Kilauea summit and Mauna Ulu, between Pu’uO’o and the lower East Rift Zone, and Kilauea’s Southwest Rift Zone.

Additionally, more cameras are being planned to watch over the lower elevations of Mauna Loa’s lower Southwest Rift Zone near the subdivision of Ocean View Estates, and all elevations of Mauna Loa’s Northeast Rift Zone. While two webcams watch over the southern part of Moku‘āweoweo, HVO will try to improve their transmission to provide images in near real-time, like the rest of the network. Finally, new cameras are planned to watch over the northern part of Moku‘āweoweo and the radial vents.

The new HVO camera network is intended to permanently monitor all areas designated as lava-flow hazard zone 1, where vents are most likely to open in any eruption, not just the next one. The total camera count will remain around 30 cameras for the permanent network.

In addition to this first network of permanent cameras, HVO will also leverage two collections of temporary-deployment cameras. Indeed, while the permanent network is meant to provide the broadest coverage, it may not always provide the close-up details that are of most interest and value to scientists, emergency response agencies, and the public. These temporary cameras will be semi-portable webcams for installation in remote locations. They will record and document localized hazard evolution and volcanic processes. They will remain deployed for 1–5 years as conditions warrant.

The last set of cameras will be the “eruption cameras.” They are intended for short-term use (the duration of an eruption) as emergency-response cameras for hazard monitoring as well as detailed scientific studies. Their benefit is that they are easily deployed almost anywhere, but their drawbacks include short lifetime operations, frequent maintenance, and, as HVO learned in 2018, these cameras are more susceptible to theft.

Here are some links to the webcams of Kilauea and Mauna Loa :

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=KIcam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=KWcam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=PScam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=PGcam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=MOcam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=M1cam

https://hvo.wr.usgs.gov/cams/panorama.php?cam=M3cam

Source : USGS / HVO.

Source : USGS / HVO.