Catégorie : Science

La source magmatique de l’Agung et du Batur (Bali / Indonésie) // The magma source of Agung and Batur volcanoes (Bali / Indonesia)

Grâce aux informations fournies par les satellites de la mission Copernicus Sentinel-1 sur les déformations du sol, les scientifiques ont désormais une meilleure idée de la localisation de la chambre magmatique à l’origine de l’éruption du Mont Agung sur l’île de Bali en novembre 2017. Le volcan a émis des panaches de cendre qui ont entraîné la fermeture de plusieurs aéroports et bloqué des milliers de touristes. Les autorités ont évacué quelque 100,000 personnes, mais aucune éruption majeure n’a eu lieu. Un événement précédent, en 1963, avait toutefois coûté la vie à près de 2 000 personnes; ce fut l’une des éruptions les plus meurtrières du 20ème siècle. L’Agung est resté actif depuis 2017 et il connaît périodiquement des épisodes éruptifs mineurs.

Bali abrite deux stratovolcans actifs, l’ Agung et le Batur, mais on sait relativement peu de choses sur leurs systèmes d’alimentation magmatique. On avait toutefois remarqué en 1963 que l’éruption de l’Agung avait été suivie d’une petite éruption du Batur qui se trouve à 16 km de distance.

Un article publié récemment dans Nature Communications décrit comment une équipe de scientifiques de l’Université de Bristol (Angleterre) a utilisé les données radar de la mission Copernicus Sentinel-1 pour surveiller les déformations du sol autour de l’Agung. Sentinel-1 est une constellation de deux satellites pouvant fournir des informations interférométriques tous les six jours, ce qui est important pour surveiller les variations rapides de déformation du sol. Ces données peuvent jouer un rôle important en matière de prévision d’éruptions dans la région. Les chercheurs ont utilisé l’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR), avec laquelle deux images radar ou plus sur la même zone sont associées pour détecter d’infimes variations de déformation de la surface du sol. Comme je l’ai expliqué dans des notes précédentes, les moindres modifications au sol entraînent des différences dans le signal radar et font naître des interférences de couleur arc-en-ciel dans l’image combinée, ce qui donne naissance à des interférogrammes (voir l’image ci-dessous). Ces interférogrammes révèlent comment la terre se soulève ou s’affaisse et indiquent donc si du magma juvénile se déplace sous le volcan.

Dans leur étude, les membres de l’équipe de l’Université de Bristol ont détecté une inflation d’environ 8 à 10 cm du flanc nord de l’Agung au cours de la période de forte activité sismique qui a précédé la dernière éruption. Ils ont également remarqué que l’activité sismique et le signal de déformation du sol se trouvaient à cinq kilomètres du sommet du volcan, ce qui signifie que le magma se déplaçait probablement aussi bien latéralement que verticalement. L’étude fournit la première preuve géophysique que les volcans Agung et Batur pourraient avoir un système d’alimentation connecté. Cela pourrait expliquer l’apparition d’éruptions simultanées, comme ce fut le cas en 1963.

Source: Université de Bristol.

——————————————————

Thanks to information on ground deformation provided by the Copernicus Sentinel-1 mission, scientists now have a better idea of the magma chamber that caused the eruption of Mount Agung on the island of Bali in November 2017. The volcano emitted ash plumes which caused airport closures and stranded thousands of visitors. Authorities evacuated about 100,000 people to safety, but no majotr eruption occurred. A previous event in 1963, however, claimed almost 2000 lives and was one of the deadliest volcanic eruptions of the 20th century. Agung has remained active, slowly erupting on and off since 2017.

Bali is home to two active stratovolcanoes, Agung and Batur, but relatively little is known of their underlying magma plumbing systems. A clue came from the fact that Agung’s 1963 eruption was followed by a small eruption at its neighbouring volcano, Batur, which stands 16 km away.

A paper published recently in Nature Communications describes how a team of scientists, led by the University of Bristol (England), used radar data from the Copernicus Sentinel-1 mission to monitor the ground deformation around Agung. Sentinel-1 is a two-satellite constellation that can provide interferometric information every six days, which is important for monitoring rapid changes of ground deformation. Their findings may have important implications for forecasting future eruptions in the region. They used the remote sensing technique of interferometric synthetic aperture radar, or InSAR, where two or more radar images over the same area are combined to detect slight surface changes. As I already explained in previous posts, tiny changes on the ground cause differences in the radar signal and lead to rainbow-coloured interference patterns in the combined image, creating interferograms (see image below). These interferograms can show how land is uplifting or subsiding, and indicate whether fresh magma is moving beneath the volcano.

In their study, the University of Bristol team detected an uplift of about 8–10 cm on Agung’s northern flank during the period of intense earthquake activity prior to the eruption. They also noticed that both the seismic activity and the ground deformation signal were five kilometres away from the summit, which means that magma was probably moving sideways as well as vertically upwards. The study provides the first geophysical evidence that Agung and Batur volcanoes may have a connected plumbing system. This could explain the occurrence of simultaneous eruptions such as in 1963.

Source: University of Bristol.

L’image InSAR du satellite Sentinel-1 montre un soulèvement du sol sur le flanc du Mont Agung entre août et novembre 2017, avant l’éruption du volcan le 27 novembre.

Processus de refroidissement de la lave sur le Kilauea (Hawaii) // Lava cooling process on Kilauea Volcano (Hawaii)

Le dernier article « Volcano Watch » du HVO aborde le thème du refroidissement des coulées de lave, son déroulement et sa durée. C’est un aspect du volcanisme que j’ai étudié il y a quelques années sur la Grande Ile d’Hawaii pour le compte de l’Observatoire et du Parc des Volcans d’Hawaii. Vous trouverez un résumé de mon travail sous l’entête de ce blog: « Processus de refroidissement de la lave sur le Kilauea« .
https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/processus-de-refroidissement-de-la-lave-sur-le-kilauea-hawaii/

L’article du HVO présente de nombreuses similitudes avec ma propre étude qui fournit des détails supplémentaires sur la composition de la lave.

Maintenant que l’éruption de 2018 du Kilauea est terminée, on peut se demander combien de temps il faudra aux dernières coulées de lave pour se refroidir et se solidifier complètement. La réponse n’est pas aisée car différents facteurs sont à prendre en compte pour évaluer le processus de refroidissement de la lave. La température de lave émise pendant l’éruption de 2018 a atteint environ 1140°C. Lorsque la température de surface d’une coulée est inférieure à environ 1000°C, elle se solidifie, mais l’intérieur reste très chaud.
Le facteur le plus important pour déterminer la vitesse à laquelle la lave refroidit est l’épaisseur de la coulée. D’autres facteurs incluent la perte de chaleur en surface (contact avec l’atmosphère) et en profondeur (contact avec le sol). La température de l’air, les précipitations et le vent contribuent également à la perte de chaleur de surface d’une coulée. Le contact entre une coulée de lave, l’air ambiant et la surface du sol favorise le durcissement rapide de la partie supérieure et inférieure de la coulée. C’est ce qui explique la présence d’une croûte argentée à la surface des coulées de lave pahoehoe et le cliquetis que l’on peut entendre sur les coulées de lave a’a. Lorsque la croûte se refroidit et s’épaissit, elle retient la chaleur à l’intérieur de la coulée car la lave est un bon isolant.
Une fois que la croûte s’est formée, la coulée continue à perdre de la chaleur par radiation et par conduction, phénomène facilité par le vent et la pluie. Lorsque l’eau de pluie pénètre dans les fissures à la surface de la coulée et rencontre la chaleur de l’intérieur, elle produit de la vapeur qui forme les panaches blancs souvent observés au-dessus des coulées actives ou qui l’ont été récemment. Cette vapeur peut persister pendant des décennies, longtemps après la solidification de la lave, en fonction de l’épaisseur de la coulée et de la température à l’intérieur.
Une étude du refroidissement de la surface des coulées de lave pahoehoe émises lors de l’éruption du Kupaianaha en 1990 a servi de référence pour estimer le temps de solidification des coulées dans la Lower East Rift Zone (LERZ) en 2018. Dans la mesure où l’équation ne porte que sur le refroidissement de la croûte supérieure de la coulée de lave, on suppose que l’épaisseur de la croûte à la base de la coulée correspond à 70% de la croûte supérieure. Les mesures effectuées sur le  Kupaianaha l’ont été sur des coulées pahoehoe de faible épaisseur, alors que la plus grande partie de la lave émise en 2018 dans la LERZ était de type a’a. Malgré tout, comme l’intérieur de chaque type coulée (pahoehoe ou a’a) est censé refroidir à la même vitesse, le HVO estime sue l’on peut s’appuyer sur la vitesse de refroidissement de 1990 pour estimer celle de 2018.
Des analyses préliminaires effectuées suite à l’éruption de 2018 montrent que l’épaisseur moyenne des coulées dans la LERZ est d’environ 10 à 15 mètres. Sur la base du calcul de la vitesse de refroidissement, on peut déduire qu’il pourrait s’écouler entre 8 mois et un an et demi pour que des coulées présentant une telle épaisseur se solidifient. Le refroidissement et la solidification de coulées d’une épaisseur de 20 à 30 mètres pourraient prendre entre deux ans et demi et six ans. D’autres coulées de la LERZ, d’une épaisseur pouvant atteindre 55 mètres, mettront probablement une vingtaine d’années pour refroidir et se solidifier complètement.
Étant donné que l’épaisseur de la coulée, la vitesse du vent, les précipitations, la température de l’air ambiant et du sol et d’autres facteurs influent sur la vitesse de refroidissement de la lave, il existe une marge d’incertitude sur la durée pendant laquelle l’intérieur d’une coulée reste liquide. Ainsi, après l’éruption du Kilauea Iki en 1959, il a fallu environ 35 ans au lac de lave d’une profondeur d’environ 135 mètres pour se solidifier complètement. Il n’est pas impossible que la lave soit encore incandescence en profondeur. C’est la raison pour laquelle, les jours de pluie, on peut voir la vapeur monter du plancher du cratère du Kilauea Iki, ainsi que du plancher de la caldeira du Kilauea.
Source: USGS / HVO.

————————————————-

HVO’s latest « Volcano Watch » article is about the cooling of lava flows, how it happens and how long it takes. This is an aspect of volcanism I studied a few years ago on Hawaii Big Island on behalf of the Observatory and the National park. You will find an abstract of my work beneath the title of this blog: “Processus de refroidissement de la lave sur le Kilauea”.

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/processus-de-refroidissement-de-la-lave-sur-le-kilauea-hawaii/

The HVO article holds many similarities with my own study which provided more details about lava composition.

Since the end of the 2018 eruption on Kilauea, questions have surfaced concerning how long it will take for the new lava flows to solidify. This is a difficult question to answer, because the initial eruptive temperatures along with many different factors can influence the rate of cooling. Eruptive lava temperatures of the 2018 eruption reached a maximum of approximately 1140°C. When the surface of the flow cools below about 1000°C, it solidifies, but the interior is still very hot.

The most influential factor determining how fast lava cools is the thickness of the flow. Other factors include heat loss from both the top (to the atmosphere) and bottom of a flow (into the ground). Contributing to heat loss at the flow’s surface are air temperature, rainfall, and wind. The initial contact between a lava flow, the air above it, and ground surface below it, quickly hardens the outer crust (top and bottom) of the flow. This can be seen in the silvery crust that forms on active pahoehoe flows and the rubbly clinker that surrounds active a’a flows. As the crust cools and thickens, it retains heat within the flow’s interior. This is because the crust is a good insulator, meaning it poorly conducts heat.

After the initial formation of crust, the flow continues to lose heat through radiation and conduction, facilitated by wind and rain. As rain water percolates into cracks in the flow’s surface and encounters the hot interior, it produces steam, forming the white plumes often seen over active or recently active flows. This steaming can persist for decades, long after the lava has solidified, depending on the thickness of the flow and the temperature of its interior.

Based on a study of crustal cooling of pahoehoe lava flows erupted from the Kupaianaha vent in 1990, one can estimate the solidification time for the 2018 LERZ flows. Because the equation only looks at cooling of the lava flow’s upper crust, the basal crust thickness is assumed to equal 70 percent of the upper crust. The Kalapana measurements were made on thin pahoehoe flows, but most of the 2018 Lower east Rift Zone (LERZ) lava is a’a. But, because the core of each flow type should cool at similar rates, one can base the 2018 cooling rates on the 1990 study.

Preliminary analyses of the 2018 LERZ eruption flow thicknesses, suggest that the average flow thickness is around 10–15 metres. Based on the cooling rate calculation, it could take between 8 months and one and a half years for flows of these thicknesses to solidify. Solidification of flows ranging 20–30 metres thick could take about 2.5 – 6 years. The thickest LERZ flows on land, which are approximately 55 metres thick, may take 20 years to reach a completely solid state.

Because flow thickness, wind speeds, rainfall amounts, air and ground temperatures, and other factors all affect lava cooling rates, there is a range of uncertainty on how long the interior of a flow remains liquid. For example, after the 1959 Kilauea Iki eruption, the approximately 135-metre-deep lava lake took about 35 years to completely solidify. Lava may still be incandescent in depth. This is why, on rainy days, you can see steam rising from the Kilauea Iki crater floor, as well as the Kilauea caldera floor.

Source : USGS / HVO.

Coulée de lave a’a pendant l’éruption 2018 du Kilauea (Photo: USGS / HVO)

Coulée de lave pahoehoe sur le Kilauea (Photo: C. Grandpey)

Prélèvemet d’échantillons de lave pour analyse en laboratoire

(Photo: Ch. Grandpey)

Le CO2 du Kilauea (Hawaii) // Kilauea’s CO2 (Hawaii)

Avec la fin de l’éruption du Kilauea, les habitants de Big Island peuvent respirer plus facilement, sans être importunés par le vog, ce brouillard volcanique provoqué par les émissions de dioxyde de soufre (SO2).
Malgré tout, en raison de l’activité volcanique récente, on perçoit encore parfois des odeurs de soufre sur l’île, mais c’est le gaz carbonique, ou dioxyde de carbone (CO2) qui intéresse à présent les géochimistes du HVO.
Le CO2 est émis en abondance au cours d’une éruption, en même temps que les gaz sulfureux, la vapeur d’eau et des quantités infimes d’autres gaz tels que le chlorure d’hydrogène, le fluorure d’hydrogène et l’hélium. Ce qui est intéressant avec le CO2, c’est qu’il peut donner des indications précieuses sur la profondeur à laquelle se trouve le magma.
Pour expliquer comment se comporte le CO2, les géologues font souvent une comparaison avec une bouteille de boisson gazeuse dans laquelle un seul gaz (le CO2) est dissous. Ce CO2 reste dissous tant que la bouteille est fermée car elle crée suffisamment de pression pour maintenir le gaz dans le liquide. Dès que la bouteille est ouverte, la pression diminue et le CO2 crée des bulles qui s’échappent dans l’atmosphère.
Contrairement à l’eau gazeuse, le magma contient de nombreux gaz différents les uns des autres et qui ne se comportent pas tous de la même manière. Avec la boisson gazeuse, une diminution de la pression suffit à libérer tout le gaz, mais avec le magma, des degrés de diminution de pression différents entraînent la libération de gaz différents.
Dans la mesure où la pression exercée sur le magma est créée par le poids de la terre qui se trouve au-dessus, plus le magma est profond, plus il est soumis à une pression élevée. À mesure que le magma s’élève à des profondeurs moindres, il est soumis à une moindre pression et différents gaz peuvent alors s’échapper en cours de route.
Lorsque le magma est peu profond ou atteint la surface, la pression exercée est assez faible de sorte que le SO2 peut facilement s’échapper, ce qui explique la formation du vog mentionné précédemment. Lorsque le magma est plus profond, comme c’est le cas actuellement sur le Kilauea, la pression est suffisante pour maintenir le SO2 dissous. Cependant, comme le CO2 est moins soluble que le SO2 dans le magma, il peut s’échapper même lorsque le magma est profond et que la pression est élevée. C’est pourquoi, même sans coulées de lave à la surface, le Kilauea émet actuellement du CO2. Il est important de noter que ces quantités sont très faibles à côté des émissions anthropiques. C’est ce CO2 qui, associé aux faibles quantités de gaz sulfureux encore émises, peut fournir des indications sur la profondeur du magma sous le Kilauea.
Comme le CO2 peut s’échapper même lorsque le magma est profond alors que le SO2 reste dissous jusqu’à ce qu’il s’approche de la surface, le magma plus profond produit un rapport CO2 / SO2 plus élevé.. C’est ce rapport CO2 / SO2 que les géochimistes utilisent généralement comme indication de la profondeur du magma.
Le magma profond peut commencer avec un rapport CO2 / SO2 élevé, mais ce rapport va diminuer eu fur et à mesure que le magma va se déplacer vers la surface et que de plus en plus de SO2 commencera à s’échapper. En conséquence, si les scientifiques sont capables de mesurer le rapport CO2 / SO2 du Kilauea au fil du temps, toute variation dans ce rapport peut leur indiquer si le magma est en train de remonter dans le système d’alimentation du volcan.
La mesure précise du rapport CO2 / SO2 dans le panache de gaz volcanique n’est pas chose aisée à cause de la quantité importante et variable de CO2 qui existe déjà dans l’atmosphère. Sur le Kilauea, la situation est encore plus complexe à cause des événements d’effondrement qui ont remodelé la caldeira sommitale et endommagé les routes et autres moyens d’accès aux zones de dégazage.
Tant que durera la phase d’inactivité du Kilauea, les géochimistes du HVO exploreront de nouvelles techniques de mesure du rapport CO2 / SO2, notamment grâce à l’installation de capteurs multi-gaz au sommet du volcan et à l’utilisation de capteurs de gaz montés sur des drones. Le but de cette collecte de données est de mieux comprendre les changements susceptibles d’indiquer une reprise d’activité du volcan.
Source: USGS / HVO.

———————————————————

With the end of the Kilauea eruption, Big Island residents can breathe more freely and are no loger disturbed by the vog, or volcanic smog, produced by voluminous sulphur dioxide (SO2) emissions.

Because of the recent volcanic activity, sulphur smells are still sometimes detected around the island, but carbon dioxide (CO2) is the other gas that is interesting HVO geochemists these days.

CO2 is a significant volcanic emission, along with sulphur gases, water vapour, and trace amounts of other gases, such as hydrogen chloride, hydrogen fluoride, and helium. What is interesting about CO2 is that it can give clues about the depth of magma.

To explain the behaviour of CO2, geologits often make a comparison with a bottle of soda, which has only one gas (CO2) dissolved in it. This CO2 stays dissolved as long as the bottle is sealed, because the bottle creates enough pressure to keep the CO2 in the liquid. As soon as the bottle is opened, pressure on the liquid decreases and the CO2 creates bubbles that escape to the atmosphere.

Unlike soda, magma has many different gases dissolved in it, and they do not all behave the same way. With soda, one pressure decrease is enough to release all the gas from it, but with magma, different degrees of pressure decrease result in the release of different gases.

Since pressure on magma is created by the weight of the earth above it, the deeper magma is, the higher the pressure it feels. As magma rises to shallower depths, it feels lesser amounts of pressure and different gases are able to escape along the way.

When magma is shallow or actually reaches the surface, the pressure on it is quite low, so SO2 can easily escape, leading to the above menyioned vog. When magma is deeper, as is the case now, there is enough pressure to keep the SO2 dissolved. However, CO2 is less soluble than SO2 in magma and can escape even when magma is deep and the pressure is high. This is why, even with no lava erupting at the surface, Kilauea is currently producing CO2. It is important to note that these amounts are very small compared to anthropogenic CO2 emissions. It is this CO2, in conjunction with the small amounts of sulphur gases still being emitted, that can provide clues to how deep Kilauea’s magma is.

Because CO2 can escape even when magma is deep but SO2 mostly stays dissolved until the magma is shallow, deeper magma produces a high ratio of CO2 to SO2. Geochemists typically use this CO2/SO2 ratio as an indication of magma depth.

Deep magma may begin with a high CO2/SO2 ratio, but that ratio will drop as magma moves to shallower depths and more SO2 begins to escape. Therefore, if scientists can measure Kilauea’s CO2/SO2 ratio over time, any changes in it can tell them whether magma is once again rising through the system.

The difficulty lies with the measurement of the CO2/SO2 ratio. Accurately measuring the CO2/SO2 ratio in volcanic gas is tricky because of the large and variable amount of CO2 that already exists in the atmosphere. At Kilauea, the situation is further complicated by collapse events that rearranged the summit caldera and damaged roads and other means of access to degassing areas.

As the current phase of inactivity at Kilauea continues, gas geochemistry scientists at HVO will explore new techniques for measuring the CO2/SO2 ratio, including the installation of multi-gas sensors at the volcano’s summit and the use of gas sensors mounted on unmanned aerial systems (UAS). The goal in collecting such gas data is to document changes that could eventually indicate an increased likelihood of renewed activity at Kilauea.

Source: USGS / HVO.

Pendant de longs mois, le vog a perturbé la vie des Hawaiiens.

Différents gaz sont émis pendant l’éruption du Kilauea…

(Photos: C. Grandpey)

Les détecteurs multi-gaz font partie des instruments utilisés sur les volcans.

Hawaii: Carte des coulées de lave dans l’East Rift Zone du Kilauea // Map of the lava flows in Kilauea’s East Rift Zone

L’éruption du Kilauea est terminée depuis près de sept mois maintenant. Les coulées de lave émises par les fractures 1 à 24 en 2018 ont recouvert une superficie d’environ 35 kilomètres carrés et ajouté environ 360 hectares de nouvelles terres à la Grande Ile d’Hawaii. L’épaisseur de la lave varie selon les zones. La plus grande épaisseur sur la terre ferme, au niveau de la Fracture 22, est d’environ 54 mètres et la plus grande épaisseur dans le delta de lave qui s’est formé sur la côte est de 275 mètres. Les géologues de l’USGS sont en train d’élaborer une carte avec différentes couleurs en fonction de l’épaisseur de la lave. Une première ébauche de la carte est visible ci-dessous. Vous obtiendrez une carte en meilleure résolution avec ce lien :

http://bigislandnow.com/wp-content/uploads/2019/02/usgsmap221.jpg

Une carte définitive sera publiée lorsque toutes les données auront été collectées et analysées.

Les bouches éruptives le long de la ligne de fractures dans et à proximité des Leilani Estates émettent encore un peu de vapeur, mais il n’y a plus de lave active dans le secteur. En conséquence, la vie reprend progressivement. Il y a un mois, une nouvelle route a été ouverte à partir du «Y» de la Highway132 et à travers la coulée de lave jusqu’à la centrale géothermique PGV. À présent, certains propriétaires de terrains et de maisons situées à proximité du champ de lave commencent à ouvrir des voies d’accès.
Source: Big Island Now.

———————————————–

The eruption of Kilauea has been over for nearly seven months now. Lava flows erupted from fissures 1-24 in 2018 buried an area of about 35 square kilometres and added about 360 hectares of new land to the island. The thickness of the lava varies across the flow field. The greatest thickness on land, at fissure 22, is approximately 54 metres, and the greatest thickness in the lava delta is 275 metres. A preliminary map with different colours according to the thickness of the lava flows is being worked out by USGS geologists. You will get a higher resolution map by clicking on this link:

http://bigislandnow.com/wp-content/uploads/2019/02/usgsmap221.jpg

A final map will be released when all remote sensing data have been collected and processed.

Vents along the line of fissures in and near Leilani Estates are still lightly steaming today, but there is no active lava anywhere. As a consequence, life is starting again progressively in the area. A month ago, a new road was been completed from the “Y” on Highway 132 across the new lava channel to the PGV Geothermal Plant. Now, some property and home owners in and near the flow field have begun bulldozing their own access roads.

Source:Big Island Now.

Source: USGS