Halema’uma’u (Hawaii): Résultats de l’analyse de l’eau // Results of water analysis

Comme prévu, le HVO a récemment échantillonné l’eau du lac qui est apparu au fond du cratère de l’Halema’uma’u, au sommet de Kilauea. Le niveau de cette eau a augmenté d’environ 90 centimètres par semaine depuis sa première apparition le 25 juillet 2019. Jusqu’à présent, le HVO ne pouvait qu’évaluer à distance la taille du lac, observer sa couleur et estimer sa température. En voyant la lac s’agrandir, le HVO a décidé d’élaborer une stratégie pour échantillonner son eau. En effet, la chimie du lac est une bonne indication de la provenance de l’eau, de son influence possible sur le dégazage et donc des risques potentiels au sommet du Kilauea.
Il a été décidé qu’un drone serait la meilleure solution pour l’échantillonnage. Le 26 octobre, un engin a prélevé avec succès 0,73 litre d’eau du lac. L’échantillon a ensuite été envoyé à des laboratoires sur le continent pour des analyses exhaustives.
Les résultats obtenus jusqu’à maintenant indiquent que l’eau est acide, avec un pH de 4,2 (le pH neutre est de 7). Il est intéressant de noter que la plupart des lacs de cratères ont un pH inférieur à 3,5 (plus acide) ou supérieur à 5 (moins acide), ce qui place le lac de l’Halema’uma’u dans la moyenne.
Une modélisation mathématique effectuée avant l’apparition du lac indiquait que l’eau de la nappe phréatique était susceptible de pénétrer dans le cratère de l’Halema’uma’u une fois que l’environnement se serait suffisamment refroidi, après la disparition du lac de lave qui avait séjourné dans le cratère entre 2008 et 2018. Il n’est donc pas surprenant de voir de l’eau appraître dans le cratère.
Cependant, il est important de noter que l’Halema’uma’u est l’endroit où les émissions sommitales de dioxyde de soufre (SO2) sont les plus importantes, et que le SO2 se dissout facilement dans l’eau.
Lorsque l’eau souterraine s’écoule en direction du cratère en cours de refroidissement, elle dissout le SO2 provenant du magma situé en dessous. Cela conduit à des concentrations élevées d’ions sulfate dans le lac (53 000 milligrammes par litre) et à un pH plus acide.
A côté de cela, cette eau acide réagit chimiquement avec le basalte du Kilauea, ce qui diminue son acidité et augmente donc son pH. On observe aussi des concentrations élevées de magnésium dans l’eau. Les rapports magnésium / sodium et sodium / potassium dans l’eau du lac sont semblables à ceux du basalte du Kilauea, confirmation des réactions chimiques entre l’eau et la roche.
Les concentrations de calcium ne sont pas très élevées dans l’échantillon d’eau prélevé. Cela s’explique par le fait que le calcium se combine avec des ions sulfate pour former des minéraux solides qui précipitent dans l’eau. Le fer est également susceptible de former divers minéraux, ce qui explique les teintes jaunâtres du lac.
Les réactions complexes entre les gaz et les roches environnantes expliquent pourquoi l’eau du lac dans l’Halema’uma’u est chimiquement différente de la nappe phréatique au fond d’un puits de recherche situé au sud de Halema’uma’u et aussi de l’eau de pluie. Les tests effectués sur l’oxygène et l’hydrogène qui forment les molécules d’eau révèlent que l’eau du lac était à l’origine une eau de pluie qui a percolé dans le sous-sol où sa chimie a évolué.
Le niveau du lac au fond de l’Halema’uma’u continue à s’élever. Le pH actuel reflète un équilibre entre les eaux souterraines qui y pénètrent et le niveau des émissions de SO2 en provenance du sous-sol. Si le niveau du lac se stabilise ou si la quantité de SO2 change, le pH est susceptible de se modifier. Sur le Pinatubo aux Philippines, après l’éruption de 1991, un lac de cratère s’est formé avec un pH presque neutre, mais l’eau est devenue plus acide quand le dégazage de SO2 s’est intensifié, avec l’apparition d’une activité volcanique ultérieure.
Les analyses chimiques confirment que le lac au fond du cratère de l’Halema’uma’u dissout le SO2 d’origine magmatique. Cela signifie que les niveaux d’émission de SO2 mesurés par le HVO (environ 30 tonnes par jour) sous-estiment le SO2 émis globalement par le Kilauea. Sans le lac, les émissions de SO2 au sommet du volcan seraient probablement plus élevées. Cette découverte est importante car un niveau d’émission de SO2 en hausse peut indiquer la présence de magma à faible profondeur.  .
Source: HVO.

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As expected, HVO recently sampled the Halema‘uma‘u water lake at the bottom of Kilauea’s summit crater. The water has risen about 90 centimetres per week since first spotted on July 25th, 2019. Initially, HVO was limited to remote observations of lake size, colour, and surface temperature. As the lake grew, HVO began formulating a plan to sample the water. Indeed, the lake’s chemistry could reveal where the water was coming from and what it might mean for degassing and potential hazards at Kilauea’s summit.

It was decided that a UAS was the best option for sampling. On October 26th, a drone successfully collected about 0.73 litres of water from the lake. The sample was then shipped to mainland USGS laboratories for sophisticated analyses.

Results thus far indicate an acidic lake, with a pH of 4.2 (neutral is pH 7). Interestingly, most volcanic crater lakes have a pH of less than 3.5 (more acidic) or higher than 5 (less acidic), which places the Halema’uma’u lake in the midddle range.

Mathematical modelling performed prior to the lake’s appearance predicted that groundwater could flow into Halema‘uma‘u once the area had cooled enough after the 2008-18 lava lake drained away. So, it was not entirely a surprise when water began to pond in the crater.

But, it’s important to note that Halema‘uma‘u is where most summit sulfur dioxide (SO2) degassing takes place, and that SO2 dissolves readily in water.

As water flows underground toward the now-cooling crater, it dissolves SO2 rising from magma below. This leads to high concentrations of sulfate ions in the lake (53,000 milligrams per liter) and a tendency towards a more acidic pH.

However, that acidic water reacts chemically with Kilauea’s basaltic rock, which makes the lake less acidic (raises the pH) and results in high concentrations of magnesium in the water. The ratios of magnesium to sodium and of sodium to potassium in the lake water are similar to those ratios in Kilauea’s basalt, which is further evidence of chemical reactions between the water and rocks.

Calcium concentrations are not very high in the water sample; calcium is instead combining with sulfate ions to form solid minerals that precipitate from the water. Iron is also likely forming various minerals, contributing to the lake’s yellowish colours.

Complex gas/rock reactions result in Kilauea’s lake water being chemically different from groundwater in a research well south of Halema‘uma‘u and from rainwater. Testing of oxygen and hydrogen that form the water molecules indicate that the lake water was originally rain that percolated into the subsurface where it became groundwater and the chemistry changed.

The Halema’uma’u lake is still rising. The current pH reflects the balance between incoming groundwater and the degree of SO2 degassing from below. If the lake level stabilizes, or the amount of SO2 changes, the pH may also change. At Mount Pinatubo (Philippines), after the 1991 eruption, a crater lake formed with a nearly-neutral pH but became more acidic with increased SO2 degassing and later volcanic activity.

Chemical analyses confirm that the Halema’uma’u crater lake dissolves magmatic SO2. This implies that HVO’s measured SO2 emission rates (about 30 tonnes per day) underestimate the total outgassed SO2 at Kilauea. Without the lake, SO2 emissions from the summit would likely be higher. This finding is important given that an increasing SO2 emission rate can indicate shallowing magma.

Source : HVO.

Le lac acide au fond du cratère de l’Halema’uma’u (Crédit photo: HVO)

Une invasion de microplastiques (1) sur les glaciers alpins… // An invasion of microplastics (1) on the Alpine glaciers…

On a tendance à penser que les glaciers sont des lieux d’une grande pureté, bien à l’écart de la pollution mondiale. Il n’en est rien. Une étude récente a révélé que le plastique existe également sur les glaciers. Lors de l’assemblée générale de l’Union Européenne des Géosciences à Vienne (Autriche), une équipe de chercheurs italiens de l’Université de Milan a présenté les premières preuves de contamination microplastique des glaciers alpins. Les microplastiques sont des particules de plastique mesurant moins de cinq millimètres. On pense que la plupart d’entre elles sont arrivées sur les glaciers via les randonneurs qui fréquentent la région.
L’étude a été menée sur le glacier Forni qui s’étire sur 6 km dans la chaîne de Bregaglia, dans la région des Grisons, dans le sud-est de la Suisse, très proche de l’Italie. Il se trouve à une altitude de 3678 mètres.
Cette vallée glaciaire est un itinéraire de randonnée très populaire qui attire chaque année des centaines de randonneurs et alpinistes. L’équipe scientifique y a recueilli des échantillons de sédiments. Leur analyse a révélé qu’ils contenaient en moyenne environ 75 particules de microplastique par kilogramme. Ce niveau de contamination est comparable à celui observé dans les zones marines et côtières en Europe. L’extrapolation de ces données laisse supposer qu’il pourrait y avoir entre 131 et 162 millions de particules de plastique sous forme de fibres et fragments à la surface du glacier Forni.
L’origine précise des particules est difficile à définir. Une partie de la pollution a probablement été transportée par des masses d’air provenant de zones densément urbanisées autour des Alpes. Cependant, les chercheurs pensent que la plupart des plastiques ont une origine locale, car le polymère le plus fréquent dans les échantillons est le polyester, un composant utilisé dans les vêtements et équipements techniques des randonneurs.
Pour cette raison, afin d’éviter de contaminer les échantillons de sédiments pendant la campagne sur le terrain, les scientifiques ne portaient que des vêtements 100% coton et des sabots de bois, ce qui n’est pas le moyen le plus facile pour se déplacer sur un glacier !
À présent, l’équipe scientifique prévoit d’établir une classification des particules de plastique de manière plus précise, ce qui permettra de déterminer l’origine des polluants. L’étude présentée à Vienne ouvre également la porte à de nouvelles recherches sur la dispersion des contaminants microplastiques à la surface des glaciers lorsque la glace fond. Bien que le glacier Forni n’alimente pas de sources d’eau potable dans la vallée, des fibres et des fragments de plastique pourraient pénétrer ailleurs dans la chaîne trophique et avoir un impact sur les écosystèmes.
S’agissant de la pollution plastique dans le monde, il est bon de rappeler qu’elle doublera d’ici 2030, en menaçant la faune et la santé humaine. Des expéditions récentes visant à collecter des échantillons dans l’Arctique ont révélé des niveaux record de microplastiques comprenant du polyéthylène, du nylon, du polyester et de l’acétate de cellulose. Le WWF a lancé une mise en garde car les déchets plastiques dans les océans pourraient atteindre 300 millions de tonnes en un peu plus d’une décennie. Cela doublerait la quantité de plastique dans l’océan, celle qui a mis plus d’un demi-siècle à s’accumuler, entre 1950 et 2016. Près du tiers de tous les plastiques produits, soit 104 millions de tonnes par an, se retrouveront dans les océans et la Nature en général.

Source: Presse internationale.

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We tend to think of glaciers as impeccable places, uncontaminated by the world’s pollution. Unfortunately, a recent study has revealed that plastic existed on glaciers as well. At the European Geosciences Union General Assembly in Vienna (Austria), a team of Italian researchers from the University of Milan presented the first evidence ever of microplastic contamination on alpine glaciers. Microplastics are defined as plastic particles measuring less than five millimetres. It is thought that most of the microplastics arrived via hikers visiting the region.

The study was conducted on Forni Glacier, a 6 km long river of ice in the Bregaglia Range in the region Graubünden in south-east Switzerland very close to Italy. It has an elevation of roughly 3,678 metres..

The valley is a popular hiking route and attracts hundreds of trekkers and alpinists every year. The scientific team collected the first sediment samples in the valley. Their analysis revealed that they contained on average about 75 particles of microplastic per kilogram of sediment. This level of contamination is comparable to what is observed in marine and coastal areas in Europe. Extrapolation of this data suggests that there may be between 131 and 162 million plastic particles present on the surface of Forni Glacier, fibers and fragments combined.

The precise origin of the particles is hard to define. Some of the pollution had probably been carried by air masses from densely urbanized areas surrounding the Alps. However, researchers think most of the plastic has a local origin, since the most common polymer found in the samples was polyester, a component used in technical clothing and equipment for hikers.

For that very reason, in order to avoid contaminating the sediment samples during the field campaign, the participants in the research wore only 100% cotton clothes and wooden clogs, which is not the easiest way to hike a glacier.

Now, the scientific team plans a follow-up study that will classify the plastic particles more precisely and help determine the origin of the pollutants. The current study also opens the door to new research on how microplastic contaminants on the surface of alpine glaciers disperse when the ice melts. Although Forni Glacier does not feed drinking water sources down the valley, in other locations fibers and fragments could enter the trophic chain and impact ecosystems.

Considering plastic pollution globally, it is good to remember that it is set to double by 2030, threatening wildlife and human health. Recent expeditions to collect samples in the Arctic found record levels of microplastics and fragments that included polyethylene, nylon, polyester and cellulose acetate. WWF International has warned plastic waste in the oceans could reach 300 million tons in just over a decade. That would double the amount of plastic in the ocean, which took more than half a century to build up between 1950 and 2016. Almost a third of all plastics produced, or 104 million tons annually, will find their way into the oceans and natural world.

Source: International press.

Vue du glacier Forni depuis le refuge Mantova (Crédit photo: Wikipedia)

Fibres microplastiques en milieu marin (Source : Wikipedia)

Microplastiques dans des sédiments fluviaux (Source : Wikipedia)