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L’alimentation magmatique du Kilauea (Hawaii) // Kilauea Volcano’s magma supply (Hawaii)

drapeau-francaisLes observations du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u ont permis de mieux comprendre les lentes variations d’alimentation magmatique du Kilauea.

Tous les jours de la semaine, la cendre volcanique et les cheveux de Pele sont recueillis dans des récipients déposés près du lac de lave, sur la lèvre du cratère. La cendre est pesée, et les scientifiques peuvent calculer combien de grammes se déposent chaque heure dans les récipients. Des bulles éclatent à la surface du lac de lave pendant les épisodes de spattering, mais la vitesse à laquelle la cendre s’accumule dans les récipients varie en fonction de la direction du vent, des lieux de projection, de la profondeur du lac de lave, etc. Tout compte fait, sur un mois, ces effets à court terme ont tendance à s’annuler alors qu’une variation est observée d’un mois sur l’autre, avec des pics et des creux dans l’accumulation de la cendre. Les explications de ces variations ont été données par le HVO en observant le comportement du lac de lave proprement dit.
Presque quotidiennement, les scientifiques du HVO mesurent la profondeur de la surface du lac à l’aide d’un télémètre laser. Le niveau du lac monte pendant les épisodes d’inflation du sommet et chute pendant la déflation. Ces fluctuations durent généralement un jour ou deux, parfois plus, mais n’excèdent jamais un mois. Il s’avère que les variations mensuelles du niveau moyen du lac et de l’accumulation mensuelle de cendre correspondent. Sur une période de plusieurs mois, le niveau du lac et l’accumulation de cendre peuvent augmenter, s’accélérer et retomber. Ainsi, une plus grande quantité de cendre tombe dans les récipients quand le niveau de la lave est haut.
Les scientifiques du HVO se sont posé la question suivante: Pourquoi le niveau moyen du lac de lave varie-t-il sur des périodes de plusieurs mois? La réponse se trouve dans les fluctuations d’alimentation magmatique du réservoir peu profond qui se trouve sous la caldeira.
Généralement, on considère que l’alimentation magmatique du Kilauea est relativement stable. En revanche, il y a une dizaine d’années, pendant trois ou quatre ans, cette alimentation était plus importante qu’elle ne l’est aujourd’hui. Il s’agit d’une évolution sur le long terme, qui se distingue par son ampleur et sa durée. Aujourd’hui, c’est différent. Le lac de lave monte et descend sur des périodes de quelques mois seulement, ce qui montre une variation à plus court terme de l’alimentation. Un examen des données GPS sur une période de plusieurs mois – pour minimiser les effets à court terme – montre une correspondance avec le niveau du lac. L’élévation du niveau du lac indique une inflation plus rapide du sommet, tandis que la baisse de niveau traduit un soulèvement sommital plus lent.
L’explication la plus simple de tout cela est que l’apport en magma varie lentement sur des périodes de plusieurs mois. Il ne s’agit pas simplement de transférer le magma d’un lieu vers un autre. C’est l’ensemble du sommet qui monte ou descend, ce qui traduit la hausse et la baisse de l’alimentation magmatique de tout le réservoir sommital. Une seule fois, en 2012, la partie sud du réservoir a baissé alors que la partie nord montait.
Le HVO a identifié environ une douzaine de telles variations d’alimentation depuis le début de l’éruption dans le cratère de l’Halema’uma’u en 2008. Ces variations peuvent être provoquées par des fluctuations de fusion dans le manteau, ou elles peuvent se produire pendant le trajet de 80-100 km entre le manteau et le réservoir de stockage peu profond.
Sans le lac de lave et les mesures précises de son niveau, les scientifiques du HVO n’auraient pas pu détecter les variations d’alimentation et, par conséquent, ils n’auraient pas pu expliquer les variations mensuelles d’accumulation de cendre dans les récipients sur la lèvre du cratère de l’Halema’uma’u. La boucle est bouclée !
Source: USGS / HVO.

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drapeau-anglaisA new concept has emerged from observations of the lava lake in Halema’uma’u. Crater: slowly pulsing magma supply to Kilauea. Every weekday volcanic ash and Pele’s hair are collected from buckets near the lava lake. The ash is weighed, and an ash accumulation rate is calculated, namely how many grams of ash fall into the buckets per hour. Bubbles at the surface of the lava lake are almost always breaking during spattering, but the rate at which ash accumulates in the buckets varies according to wind direction, locations of spattering, depth to the lava lake, and more. However, when averaged over a month, such short-term effects tend to cancel while month-to-month variation is observed, with peaks and troughs in ash accumulation lasting several months each. Explanations of these phenomena have been given by HVO by observing the behaviour of the lava lake itself.

Almost daily, HVO scientists measure the depth to the lake surface with a laser rangefinder. Lake level rises during summit inflation and drops during deflation. Such changes typically last a day or two, sometimes longer, but not for a month. It turns out that the average monthly lake level and the monthly accumulation of ash track each other. Over a several-month period, lake level and ash accumulation may rise, peak, and fall off. More ash falls in the buckets when lava level is high than when it is low.

The question to answer was: Why does the monthly average lake level change over periods of several months? The answer is: a pulsing rate of magma supply to the shallow storage reservoir under the caldera.

Generally, magma supply to Kilauea is considered to be pretty steady. For 3-4 years about a decade ago, the magma supply rate was higher than it is today. This was a long-term change and stood out by its magnitude and duration. Today is different. The rising and falling lava lake over periods lasting only several months suggests a shorter-term variation in the supply rate. Close examination of the GPS data, again averaged over month-long periods to minimize short-term effects, shows good correspondence with lake level. Rising lake level indicates faster summit uplift, and dropping lake level slower uplift.

The simplest explanation for all this is that the rate of magma supply is slowly pulsing over periods of several months. It isn’t simply a question of transferring magma from one place in the summit to another. The entire summit goes up or down, seemingly reflecting waxing and waning of the magma supply rate to the entire summit reservoir. Only once, in 2012, did the southern part of the reservoir go down when the northern went up.

HVO has identified about a dozen pulses since the Halema’uma’u eruption began in 2008. The pulses may be driven by changes in the rate of melting in the mantle or be induced during transport upward from the mantle to the shallow storage reservoir, an 80-100-km distance.

Without the lava lake and its precisely measured level, HVO scientists wouldn’t have detected a pulsing supply rate and, as a consequence, would not have been able to explain the monthly changes in ash accumulation.

Source: USGS / HVO.

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Vue du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u. La surface du lac – dont le diamètre est d’environ 255 mètres – se trouve souvent à une vingtaine de mètres sous la lèvre. Le niveau de la lave chute au cours des périodes de déflation du Kilauea et remonte lors des épisodes d’inflation. Un débordement peut se produire sur le plancher de l’Halema’uma’u, comme en mai 2015, mais un tel événement reste exceptionnel. (Crédit photo: USGS / HVO).

Eruption du Bezymianny (Kamchatka / Russie)

Le KVERT indique qu’une puissante éruption a secoué le Bezymianny vers 3 heures (TU) le matin du 9 mars 2017. Au vu des images satellites, le panache de cendre est monté jusqu’à 7 km d’altitude avant de s’étier sur 112 km en direction du NO.

L’activité volcanique actuelle est susceptible de poser des problèmes au trafic aérien. La couleur de l’alerte aérienne est tout d’abord passée à l’Orange, puis au Rouge.

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KVERT indicates that a powerful eruption took place at Bezymianny volcano at about 03:00 a.m. (UTC) on March 9th, 2017. According to satellite data, the ash plume rose to a height of about 7 km a.s.l. and then drifted over 112 km to the northwest from the volcano,

Ongoing activity could affect international and low-flying aircraft. The Aviation Colour Code was first raised to Orange, then to Red.

Le cratère de l’Halema’uma’u, zone interdite à Hawaii // Halema’uma’u Crater, a forbidden zone on Hawaii Big Island

Comme je l’ai écrit à plusieurs reprises sur ce blog, la terrasse du Jaggar Museum est le seul endroit autorisé à Hawaii pour admirer le lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u. Ce point d’observation se trouve à environ 1,5 km du cratère. Comme on peut le voir sur la carte ci-dessous, une portion de 8 km de la Crater Rim Drive ainsi que les sentiers à l’intérieur et autour de la caldeira Kilauea sont fermés aux visiteurs depuis le début de l’éruption de l’Halema’uma’u en 2008. La loi stipule que toutes les personnes en infraction seront poursuivies et recevront de lourdes amendes.
Un article de la presse hawaïenne nous apprend qu’un guide travaillant pour une agence de voyages basée en France et un groupe de 13 personnes ont été surpris au petit matin du 5 mars à l’intérieur la zone interdite de l’Halema’uma’u. Les rangers du Parc National ont repéré le groupe et rédigé à l’attention des 14 touristes des procès-verbaux stipulant qu’ils n’ont pas respecté l’interdiction d’accès au site. Le guide encourt des poursuites supplémentaires pour exploitation d’une entreprise non autorisée dans le Parc et pour être à l’origine d’une situation dangereuse. Les 14 contrevenants ont été accompagnés hors du Parc. Le guide de 44 ans, qui travaille pour l’agence française Aventure et Volcans devra comparaître devant le tribunal. Il encourt une amende maximale de 5 000 dollars et une peine de six mois de prison. Son nom n’est pas communiqué tant que l’enquête n’est pas terminée. Les PV pour non respect de l’interdiction d’accès au site sont de 100 dollars par personne, plus des frais de dossier de 30 dollars.

Selon le chef des rangers, «il s’agit d’une infraction grave. Les zones entourant le cratère de l’Halema’uma’u sont fermées en raison des conditions extrêmement dangereuses, avec des concentrations élevées de gaz toxiques et de particules, des explosions, et des effondrements fréquents des parois du cratère.»
Les autorités de Parc rappellent au public que des explosions de l’Halema’uma’u peuvent survenir à tout moment et sans prévenir. En août dernier, une explosion a projeté des bombes et des matériaux incandescents à une centaine de mètres au-delà de la lèvre du cratère, et a recouvert une zone d’environ 200 mètres de large. L’explosion a détruit le système d’alimentation des instruments utilisés par l’USGS pour la recherche scientifique et la surveillance de l’activité volcanique. En octobre dernier, deux explosions ont projeté des fragments incandescents jusqu’à 400 mètres du cratère. En novembre, les projections d’une autre explosion du lac de lave ont endommagé le câble d’une webcam située sur le rebord du cratère.
Mis à part le cratère Halema’uma’u, les autorités du Parc veillent à la sécurité des visiteurs sur le site d’entrée de la lave dans l’océan à Kamokuna. L’article précise que les rangers continueront de surveiller et de prendre les mesures appropriées pour réduire le nombre de comportements à risque sur les deux sites éruptifs. Il faut également rappeler que l’approche du cratère du Pu’uO’o est interdite elle aussi. Depuis juillet 2016, les rangers ont rédigé 35 procès-verbaux pour non respect de l’interdiction d’accès à l’Halema’uma’u et une centaine d’autres sur le site de Kamokuna. Comme je l’ai indiqué précédemment, les bateaux qui conduisent les touristes devant l’arrivée de lave ont également été rappelés à l’ordre et certains qui n’avaient pas les autorisations nécessaires ont été condamnés. Les embarcations doivent respecter une distance de sécurité de 300 mètres par rapport à la lave.
Source: Big Island Now.

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As I put it several times on this blog, the terrace of the Jaggar Museum is the only authorised place to observe the lava lake within Halema’uma’u Crater. The terrace is located about 1.5 km from the crater. As can be seen on the map below, en 8-km section of Crater Rim Drive as well as trails inside and around the Kilauea caldeira have been closed since the start of the Halema’uma’u eruption in 2008. The law says that all trespassers will be cited and will receive heavy fines.

An article in the Hawaiian press indicates that “a tour guide based in France and a tour group of 13 people were caught in the early morning of March 5th “sneaking into the closed area at Halema‘uma‘u. National Park Service law enforcement officers spotted the group and issued citations for violating the terms of the closure to all 14 people. The tour guide was issued additional citations for operating a non-permitted business in the park and creating a hazardous condition. All 14 were escorted out of the park. The 44-year-old tour guide affiliated with French tour company Adventure et Volcans must make a mandatory court appearance. He faces a maximum penalty of $5,000 and six months in jail. His name is being withheld as the investigation continues. The violation of closure citations are $100 each, with a $30 processing fee”.

According to the chief ranger, “this is a serious violation. Areas surrounding Halema‘uma‘u Crater are closed because of extremely hazardous volcanic conditions that include high concentrations of toxic gasses and particulates, ongoing volcanic explosions and frequent collapses of the crater walls.”

Park authorities remind the public that explosions from Halema‘uma‘u can occur anytime and without warning. Last August, a summit explosion hurled a layer of volcanic rock, lava bombs and molten spatter nearly 100 metres beyond the crater rim, and covered an area about 200 metres wide along the rim. It destroyed a USGS instrument power system that was used for scientific research and monitoring volcanic activity. Last October, two explosions blasted lava spatter, rock and glassy particulates 400 metres from the crater to the closed portion of Crater Rim Drive. In November, spatter from another lava lake explosion damaged the cable on a USGS webcam located on the rim of the crater.

Apart from Halema’uma’u Crater, visitors need to be aware that much of the attention concerning people’s safety lately has been on the hazards of the 61g ocean entry at Kamokuna. Rangers will continue to monitor and take appropriate action to reduce the occurrence of risky behaviour in both areas. Besides, the approach of the Pu’uO’o vent is forbidden as well. Since July 2016, they have issued 35 citations for closure violations at Halema‘uma‘u, and nearly 100 citations at Kamokuna. As I put it before, several boat operators leading tourists in front of the lava entry have been cited because they did not have the required documents. The boats should not get closer than 300 metres to the lava.

Source: Big Island Now.

Carte montrant les zones d’accès interdites dans la zone sommitale du Kilauea.

(Source : USGS / HVO).

La terrasse du Jaggar Museum est un bon point d’observation du cratère de l’Halema’uma’u (Photo: C. Grandpey)

Histoire d’eau et de manteau…. // A story of water and mantle….

drapeau-francaisUne étude conjointe de la Carnegie Institution for Science et la Woods Hole Oceanographic Institution, dont les résultats ont été publiés dans la revue Science, a permis de découvrir que la température moyenne du manteau terrestre sous les bassins océaniques est d’une soixantaine de degrés Celsius supérieure à ce que l’on pensait jusqu’à présent, à cause de la présence d’eau dans les minéraux profonds.
Le manteau, la couche intermédiaire entre le noyau et la croûte terrestre, est la principale source du magma qui s’échappe à la surface sous forme de lave lors des éruptions volcaniques. Les minéraux qui composent le manteau contiennent de petites quantités d’eau, pas sous forme liquide, mais sous forme de molécules individuelles dans la structure atomique du minéral. Les dorsales océaniques se forment lorsque les minéraux contenus dans le manteau dépassent leur point de fusion, fondent partiellement et produisent le magma qui monte à la surface. En se refroidissant, le magma forme le basalte qui constitue la base de la croûte océanique. Dans ces dorsales océaniques, le basalte peut avoir de 5 à 7 kilomètres d’épaisseur. L’étude des dorsales sous-marines peut donner des indications sur ce qui se passe dans le manteau, ainsi que sur la géochimie sous la surface de la Terre.
Les scientifiques se sont pendant longtemps posé des questions sur  la mesure de la température potentielle du manteau. La température potentielle est une quantification de la température moyenne d’un système dynamique en supposant que chaque partie de ce système est théoriquement soumise à la même pression. La détermination de la température potentielle d’un système mantellique permet aux scientifiques de mieux comprendre les voies d’écoulement du magma et la conductivité sous la croûte terrestre. On peut estimer avec plus de précision la température potentielle d’une zone du manteau en connaissant le point de fusion des roches qui participent à une éruption sous forme de magma et refroidissent ensuite pour former la croûte océanique.
Dans les conditions d’humidité, le point de fusion de la péridotite, qui fond pour former l’essentiel des basaltes des dorsales médio-océaniques, est considérablement plus bas que dans les conditions sèches, quelle que soit la pression. Cela signifie que la profondeur à laquelle les roches du manteau commencent à fondre et remontent à la surface sera différente si la péridotite contient de l’eau et, sous la croûte océanique, on pense que les minéraux du manteau supérieur contiennent de petites quantités d’eau, entre 50 et 200 ppm.
Les auteurs de l’étude ont mis en oeuvre des expériences de laboratoire afin de déterminer le point de fusion de la péridotite sous des pressions analogues à celles du manteau, en présence de quantités d’eau connues. C’était la première fois que des expériences étaient menées pour déterminer précisément dans quelle mesure la température de fusion du manteau dépendait de petites quantités d’eau. Les chercheurs ont constaté que la température potentielle du manteau sous la croûte océanique est plus élevée que celle qui avait été estimée précédemment. Ces résultats sont importants car ils peuvent changer notre compréhension de la viscosité du manteau et ils permettront peut-être de savoir jusqu’à quel point elle joue un rôle dans certains mouvements des plaques tectoniques.
Source: Carnegie Institution for Science.

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drapeau-anglaisA joint study between the Carnegie Institution for Science  and the Woods Hole Oceanographic Institution, whose results have been published in the journal Science, has determined that the average temperature of Earth’s mantle beneath ocean basins is about 60 degrees Celsius higher than previously thought, due to water present in deep minerals.

Earth’s mantle, the layer just beneath the crust, is the source of most of the magma that erupts at volcanoes. Minerals that make up the mantle contain small amounts of water, not as a liquid, but as individual molecules in the mineral’s atomic structure. Mid-ocean ridges are formed when these mantle minerals exceed their melting point, become partially molten, and produce magma that ascends to the surface. As the magmas cool, they form basalt, the basis of oceanic crust. In these oceanic ridges, basalt can be 5 to 7 kilometres thick. Studying these undersea ridges can teach scientists about what is happening in the mantle, and about the Earth’s subsurface geochemistry.

One longstanding question has been a measurement of the mantle’s potential temperature. The potential temperature is a quantification of the average temperature of a dynamic system if every part of it were theoretically brought to the same pressure. Determining the potential temperature of a mantle system allows scientists to better understand flow pathways and conductivity beneath the Earth’s crust. The potential temperature of an area of the mantle can be more closely estimated by knowing the melting point of the mantle rocks that eventually erupt as magma and then cool to form the oceanic crust.

In damp conditions, the melting point of peridotite, which melts to form the bulk of mid-ocean ridge basalts, is dramatically lower than in dry conditions, regardless of pressure. This means that the depth at which the mantle rocks start to melt and well up to the surface will be different if the peridotite contains water, and beneath the oceanic crust, the upper mantle is thought to contain small amounts of water, between 50 and 200 ppm.

The authors of the study set out to use lab experiments in order to determine the melting point of peridotite under mantle-like pressures in the presence of known amounts of water. This was the first time experiments had ever been conducted to determine precisely how the mantle’s melting temperature depends on such small amounts of water. The researchers found that the potential temperature of the mantle beneath the oceanic crust is hotter than had previously been estimated. These results are important as they may change our understanding of the mantle’s viscosity and how it influences some tectonic plate movements.

Source : Carnegie Institution for Science.

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Nodules de péridotite (Photo: C. Grandpey)