Étiquette : deflation

L’inclinométrie sur les volcans // Inclinometry on volcanoes

Le dernier Volcano Watch de l’Observatoire des Volcans Hawaiiens (HVO) est dédiée à la mesure des déformations et en particulier de l’inclinaison du sol – tilt en anglais – sur les volcans, avec le Kilauea comme référence.
La mesure des déformations subies par un volcan sous la pression du magma est un paramètre essentiel en matière de surveillance volcanique. Les instruments à la disposition du HVO incluent un certain nombre de méthodes satellitaires récentes, mais un instrument revêt une importance depuis très longtemps : l’inclinomètre, aussi appelé tiltmètre.
L’inclinaison du sol sur un volcan constitue la première donnée géodésique utilisée par le HVO et continue d’être très importante à la fois pour la surveillance et la recherche fondamentale sur le comportement des volcans.

 

Images de déformation de la zone sommitale du Kilauea (Source : HVO)

Ce n’est qu’au début du 20ème siècle que les scientifiques ont commencé à se rendre compte que les éruptions volcaniques s’accompagnaient de changements topographiques.
En 1917, le Dr Thomas Jaggar a commencé à étudier les variations d’inclinaison des volcans hawaiiens. Dans un premier temps, il a observé les déviations des sismomètres Omori et Bosch-Omori du HVO. Plus tard, il a construit des « clinoscopes » spécialement conçus pour les volcans hawaiiens. Ces instruments donnaient une idée approximative de l’inclinaison sur une période d’une journée à une semaine.
Dans les années 1950, un scientifique du HVO a conçu un inclinomètre plus performant utilisant de l’eau. Cet appareil fournissait une mesure précise de l’inclinaison quotidienne ou même horaire. Les « inclinomètres à tube d’eau » ont permis aux scientifiques du HVO de suivre les mouvements du sommet du Kilauea au cours de plusieurs éruptions. Ils ont pu ainsi obtenir une mesure en continu de l’inflation et de la déflation du sol.
L’inclinomètre à tube d’eau se compose de trois « pots » d’eau reliés par des tubes de telle sorte que l’eau puisse circuler librement entre eux. Un pot est placé au centre et les deux autres sont placés à l’est et au nord du pot central. L’eau dans les tubes cherche toujours à être de niveau, mais lorsque le sol s’incline et déplace les pots vers le haut ou vers le bas, on a l’impression que le niveau d’eau descend ou monte. En lisant la profondeur de l’eau dans chaque pot, on peut déterminer l’inclinaison du sol depuis la dernière mesure.
Les données fournies par les inclinomètres à tube d’eau étaient particulièrement précieuses car elles pouvaient être récupérées régulièrement et constituer une série chronologique continue. Ce type de mesures en continu facilite l’analyse de l’activité volcanique, ce qui ne serait pas possibles si les données n’étaient collectées que lors des éruptions. En particulier, les inclinomètres à tube d’eau ont montré des cycles d’inflation rapide entre les éruptions, puis une déflation soudaine lorsque les éruptions vidaient les chambres magmatiques.

Tiltmètre à tube d’eau (Crédit photo : HVO)

Au début des années 1970, des inclinomètres électroniques ont commencé à être installés sur le Kilauea. Ces instruments sont insérés dans des forages d’environ 5 mètres de profondeur, afin d’être à l’abri des intempéries, et ils peuvent fournir des mesures d’inclinaison précises, jusqu’à une fraction de microradian chaque minute.

Après la fin de l’éruption du Pu’uO’o en 2018, la nature de l’inclinaison du sommet du Kilauea a encore changé. Les inclinomètres électroniques ont commencé à enregistrer une forte tendance inflationniste, pas très différente des niveaux observés par les inclinomètres à tube d’eau dans les années 1950-1970. Des éruptions majeures, semblables à celles du Kilauea Iki ou du Mauna Ulu – qui ont entraîné d’importantes déflations au sommet – ne se sont pas produites récemment, mais la similitude des mesures actuelles avec celles des années 1950 et 1970 montre que le comportement du Kilauea aujourd’hui n’est pas très différent de celui d’avant l’éruption de 2018.
Cela signifie que les données collectées et les enseignements tirés du système d’alimentation du Kilauea sont toujours valables aujourd’hui. Les scientifiques peuvent toujours s’appuyer sur le comportement passé du Kilauea pour faire des prévisions sur le comportement futur de ce volcan, et émettre de nouvelles hypothèses sur ce qui a pu se produire dans le passé.
Par exemple, en examinant les données du passé, les scientifiques ont conclu que la situation actuelle au sud de la caldeira du Kilauea est probablement due à l’accumulation de magma dans un réservoir de la caldeira sud en 2015 et 2021.
Le dernier Volcano Watch ne s’y attarde pas, mais aujourd’hui l’interférométrie radar satellitaire (InSAR) fournit une image instantanée de la déformation d’un volcan depuis l’air et l’espace.. L’InSAR utilise des images radar du sol fournies par des avions ou des satellites pour établir des cartes de déformation du sol.
Source : USGS/HVO.

 

Image InSAR du Kilauea en mars 2011 (Source : HVO)

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The latest Volcano Watch by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) is dedicated to the measurement of tilt on volcanoes, especialli Kilauea.

Measuring how a volcano deforms in response to moving magma is an essential parameters of volcano monitoring. The Observatory’s instrumentation includes a number of newer, satellite-based methods but another important instrument has been around a lot longer: the tiltmeter.

Tilt data was the first geodetic data collected by HVO and continues to be very important both for monitoring and basic research in volcano behaviour.

In the early 20th century, scientists were only beginning to recognize that volcanic eruptions were accompanied by topographic changes.

In 1917, Dr. Thomas Jaggar began tracking tilt changes at Hawaiian volcanoes. At first, he looked at the deflections of the HVO’s Omori and Bosch-Omori seismometers. Later, he constructed specially designed “clinoscopes.” These provided a rough idea of the amount of tilt over the span of a day to a week.

In the 1950s, an HVO scientist designed an improved tiltmeter using water. This apparatus provided a precise tilt measurement to track daily or even hourly tilt. The “water tube tiltmeters” allowed HVO scientists to track the movement of Kilauea’s summit through several eruptions, providing a continuous record of inflation and deflation.

The water tube tiltmeter consists of three “pots” of water connected by tubes such that the water can freely flow between them. One pot is placed in the center, and the other two are placed east and north of the center pot. The water in the tubes will always seek to be level, but when the ground tilts and moves the pots up or down, it will look like the water level is moving down or up. By reading the depth of the water in each pot, one can work out how much the ground has tilted since the last reading.

Water tube tilt data was especially valuable because it could be collected regularly to form a continuous time series. This kind of continuous record facilitates discoveries that wouldn’t be possible if data was only collected during eruptions. In particular, the water tube tiltmeters showed cycles of steep inflationary tilt between eruptions and then sudden deflation as eruptions drained magma chambers.

In the early 1970s, electronic tiltmeters began to be installed around Kilauea. These instruments are installed in boreholes about 5 meters) deep, so that they might be protected from the weather, and can provide tilt measurements down to a fraction of a microradian every minute.

After the end of the Pu’uO’o eruption in 2018, the character of tilt at Kilauea’s summit changed again. Electronic tiltmeters began to record steep inflationary tilt, not too different from the rates observed by the water tube tiltmeter in the 1950s–1970s. Major eruptions, similar to Kilauea Iki or Mauna Ulu – which resulted in large summit deflations – have not occurred recently, but the similarity of the current records to those from the 1950s-1970s is another sign that Kilauea is not too different now from how it was before the 2018 eruption.

This means that the data collected, and the lessons learned about Kilauea’s plumbing system, are still applicable today. Scientists can still use Kilauea’s past behaviour to make forecasts about future behaviour and test out new ideas for what may have happened in the past.

For example, by looking back at past records, scientists have concluded that the current situation south of Kilauea’s caldera is likely due to magma accumulation in a South Caldera reservoir, which occurred in 2015 and 2021.

The latest Volcano Watch does not mention it, but today Interferometric Aperture Radar (InSAR) provides a snapshot of volcano deformation from air and space. InSAR uses radar images of the ground that are collected by airplanes or orbiting satellites to make maps of ground deformation.

Source : USGS / HVO.

La respiration du Kilauea (Hawaii) // The breathing of Kilauea Volcano (Hawaii)

Un article « Volcano Watch » écrit par les scientifiques du HVO est consacré au comportement de l’éruption du Kilauea à l’intérieur du cratère de l’Halema’uma’u. Cette éruption sommitale dure depuis plus d’un an maintenant; elle a commencé le 29 septembre 2021. Elle a été assez régulière dans sa continuité, même si la lave a parfois cessé de s’écouler dans le cratère. À la fin de l’automne et à l’hiver 2021-2022, l’éruption s’est interrompue pendant des périodes allant de quelques heures à quelques jours. Ces pauses se sont généralement produites parallèlement à des événements de déflation-inflation (DI) dans le réservoir magmatique sommital. En regardant les inclinomètres, on avait l’impression que le volcan respirait, un comportement déjà observé dans le passé.
Au fur et à mesure que le sommet se dégonflait (phase de déflation), la surface du lac de lave actif s’abaissait jusqu’à une dizaine de mètres sous la lèvre de l’orifice. À ce stade, la surface du lac se couvrait d’une croûte, à l’exception d’une petite portion qui restait active près de la bouche éruptive à l’ouest. Au cours de chaque pause, on observait également une réduction significative des émissions de SO2, ce qui signifie que peu ou pas de magma remontait dans le conduit d’alimentation de la bouche éruptive.
Lorsque le sommet regonflait (phase d’inflation), la lave réapparaissait et remplissait lentement le lac de lave. Dans le sillage de nombreuses pauses, des débordements du lac ont été observés et la lave a recouvert une grande partie du plancher du cratère environnant. Des émissions de lave en bordure du fond du cratère étaient également fréquentes au moment des reprises de l’éruption. Ces événements ont entraîné un épaississement significatif de la croûte au fond du cratère.
Les scientifiques du HVO tentent de comprendre pourquoi de telles pauses d’activité se produisent épisodiquement. Les pauses étaient associées aux événements de déflation et d’inflation (DI events). Cependant, de nombreux autres événements DI ont été observés avant et après la période de pause de l’éruption au cours de l’automne et de l’hiver derniers. Il serait aussi intéressant de savoir pourquoi certains de ces événements DI ont stoppé l’éruption tandis que d’autres ne provoquaient que des fluctuations mineures de l’activité.
La dernière pause de l’éruption à ce jour s’est produite le 18 mars 2022, et depuis cette date il y a eu une émission de lave relativement continue. Le fond du cratère a également continué à se soulever en raison de la propagation de la lave du lac actif vers les zones sous la croûte. Cette injection de lave fait se soulever le fond du cratère, un peu comme le gonflement d’un matelas pneumatique.
L’activité éruptive au sommet de Kilauea s’est interrompue une nouvelle fois le 20 septembre 2022, lorsqu’un essaim sismique incluant plusieurs dizaines d’événements s’est produit sous l’Halema’uma’u. Dans le même temps, les inclinomètres ont signalé une inflation rapide dans la région sommitale. Les webcams ont montré un affaissement de plusieurs mètres de la partie centrale du plancher du cratère. Au même moment, des émissions de lave se sont produites le long des bordures du fond du cratère. La sismicité et l’épisode d’inflation ont rapidement diminué et ont été suivis du retour d’une activité stable du lac de lave.
Au début, les géologues de l’HVO ont pensé que le conduit d’alimentation de la bouche éruptive avait pu se briser, de sorte que la lave plus dense sous le fond du cratère avait pu s’infiltrer dans le conduit, provoquant son colmatage. Toutefois, les données géophysiques de cet événement analysées au cours des jours suivants ont raconté une histoire très différente. Selon les données InSAR, une zone dans la partie ouest du cratère de l’Halema’uma’u s’est soulevée de quelques centimètres vers le 20 septembre. La modélisation de la sismicité et de la déformation de cette zone par les scientifiques du HVO indique qu’un corps de magma – un sill – s’est probablement introduit horizontalement entre d’anciennes couches de lave sous le cratère.
Le fait que le sommet ait connu une inflation le 20 septembre, mais ne se soit jamais dégonflé avec l’apparition de nouvelles émissions de lave, est cohérent avec l’accumulation de magma quelque part sous terre. L’affaissement du fond du cratère laisse supposer qu’une partie de la lave a peut-être reflué dans le conduit et a alimenté le sill.

S’agissant de l’activité actuelle, la lave continue d’être émise par une bouche dans la partie ouest de l’Halema’uma’u. Les émissions de SO2 restent élevées et atteignent environ 1 800 tonnes par jour. La sismicité est élevée mais stable, avec la persistance d’un tremor volcanique. Les inclinomètres au sommet montrent de temps en temps des épisodes déflation/inflation (DI).
Source : USGS/HVO.

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A « Volcano Watch » article written HVO scientists is dedicated to the behaviour of the eruption within Kilauea’s Halema’uma’u Crater. This summit eruption has lasted for more than one year now, as it started on September 29th, 2021. It has been quite continuous, although there have been numerous occasions when lava was no longer flowing within the crater.

During the late autumn and winter of 2021–2022, the eruption paused for periods lasting from hours to days. These pauses typically occurred in conjunction with deflation-inflation (DI) events in the summit magma reservoir, as revealed by the tiltmeters in the region. This gave the impression the volcano was breathing, a behaviour already observed in the past.

As the summit deflated the surface of the active lava lake would drop, eventually settling about 10 meters below the rim of the surrounding levees. At this point the lava would crust over, except for a small active pond near the western eruptive vent. During each pause there was also a substantial reduction in SO2 emissions, suggesting that little to no magma was rising in the shallow conduit below the eruptive vent.

When the summit reinflated to a critical point, lava would flow from this pond and slowly refill the lava lake. Surges of lava followed many of the pauses and often caused overflows from the lake onto large sections of the surrounding crater floor. Breakouts of lava from around the circumference of the crater floor were also common during eruption restarts. These events were responsible for significantly thickening the crust making up the crater floor.

HVO scientists are trying to understand why such pauses in activity episodically occur. Lately, the pauses were clearly associated with DI events. However, many other DI events occurred both before and after the period of pauses last autumn and winter. It remains curious why some of these DI events shut down the eruption while others cause only minor fluctuations in activity.

The last pause to date occurred on March 18th, 2022, and since then there has been a relatively continuous lava effusion. The crater floor has also continued to rise due to lava spreading from the active lake to areas beneath the crust. This “endogenous” injection of lava lifts the crater floor, like the inflation of an air mattress.

The eruptive activity at Kilauea summit was disrupted one more time on September 20th, 2022, when a swarm of several dozen earthquakes occurred below Halemaʻumaʻu. Simultaneously, tiltmeters measured rapid inflation in the summit region. Webcams recorded the higher central part of the crater floor dropping by several meters. At the same time breakouts occurred along the lower margins of the crater floor. The earthquakes and inflationary tilt soon decreased, followed by the return of steady activity within the lava lake.

Initial observations suggested that the conduit to the eruptive vent may have experienced a structural failure, allowing dense lava below the crater floor to infiltrate the conduit, causing it to clog. Geophysical data from this event and the following days tell a very different story. InSAR data from satellites show that an area around the west side of Halemaʻumaʻu Crater uplifted by a couple centimeters around September 20th. Modeling of the seismicity and deformation by HVO scientists indicates that a horizontal body of magma – a sill – may have been intruded between old layers of lava below the crater.

The fact that the summit inflated on September 20th, but never deflated in association with the new lava breakouts, is consistent with the accumulation of magma somewhere below ground. The drop of the crater floor suggests that some lava may have drained back down the conduit to form part of the sill as well.

As far as the current activity is concerned, lava continues to erupt from the western vent within Halemaʻumaʻu Crater. SO2 emissions remain elevated at about 1,800 tonnes per day. Seismicity is elevated but stable, with ongoing volcanic tremor. Summit tiltmeters occasionally show deflation-inflation (DI) events.

Source: USGS / HVO.

Vue du cratère de l’Halema’uma’u le 12 octobre 2022 avec, dans la partie centrale de l’image, le lac de lave actif (Crédit photo: HVO)

Le lac de lave du Kilauea (Hawaii) // The Kilauea lava lake (Hawaii)

Le dernier épisode de « Volcano Watch », un article hebdomadaire publié par l’U.S. Geological Survey (USGS) est consacré au comportement des lacs de lave au sommet du Kilauea.

Lorsque j’ai visité le volcan en août 2008, le cratère de l’Halema’uma’u (HMM) était recouvert d’une croûte de lave bien rigide. Le seul signe d’activité était une zone jaune causée par des dépôts de soufre dans la paroi SO du cratère.

Photos : C. Grandpey

En fait, c’est l’endroit où la lave a décidé d’émerger dans le cratère en septembre de cette même année. Une courte série d’explosions a précédé la formation d’un lac de lave qui s’est étendu régulièrement pour former ce qui a été baptisé l’Overlook Crater. La convection de la lave dans le lac a entraîné des émissions constantes de dioxyde de soufre (SO2) qui ont généré un brouillard volcanique, le vog à Hawaiʻi.

Photo : C. Grandpey

Le lac de lave a également produit une lueur visible en permanence la nuit dans toute la zone sommitale.

Photo : C. Grandpey

Lorsque la lave a commencé à être émisse par des fissures dans les Leilani Estates en 2018, le réservoir sommital du Kilauea a entamé une phase de déflation et le lac de lave s’est rapidement vidangé avant que le sommet commence à s’effondrer.

Source : HVO

L’un des aspects intéressants du lac de lave qui est resté en place entre 2008 et 2018 a été la relation étroite entre les variations du tilt – ou inclinaison du sommet – et le niveau de la surface du lac de lave.

Le lac de lave en 2016 (Crédit photo :  HVO)

Au fur et à mesure que la surface du lac s’élevait dans l’Overlook Crater, les inclinomètres du sommet enregistreraient une tendance inflationniste. Au fur et à mesure que la surface du lac de lave s’abaissait, les instruments enregistraient une tendance déflationniste. Les scientifiques du HVO ont conclu qu’il y avait une connexion ouverte entre le lac de lave et le réservoir magmatique peu profond sous le sommet (réservoir HMM). En conséquence, le lac a agi comme un baromètre, son niveau montant et descendant en relation directe avec les variations de pression dans le réservoir HMM. Ce comportement du lac de lave a permis de déterminer certaines quantités de magma contenues dans le réservoir HMM qui sont difficiles, voire impossibles, à déterminer sur d’autres volcans.

Exemples de variations du tilt en avril 2018 ‘Source : HVO)

Dans une publication de 2019, les scientifiques ont expliqué qu’en analysant la déformation du sommet et les variations de niveau de la lave au cours des premières phases d’effondrement du sommet du Kilauea en 2018, il a été possible d’affirmer que l’effondrement et l’éruption de 2018 avaient entraîné une diminution du volume du réservoir HMM de l’ordre de 20 %, et que la plus grande partie du magma restait présente dans le réservoir.

Le lac de lave présent actuellement dans le cratère de l’Halema’uma’u monte et descend également en suivant des variations inflationniste et déflationniste. Cela signifie que, dans une certaine mesure, il existe à nouveau une connexion ouverte avec le réservoir HMM. Cependant, certains cycles de déflation et d’inflation sont plus importants que d’autres; pendant ces épisodes, le niveau du lac de lave baisse et l’éruption s’arrête. L’éruption ne reprend pas et le niveau du lac ne remonte pas au moment où les inclinomètres montrent une tendance inflationniste. Il faut en général attendre que la phase d’inflation soit à peu près égale à l’épisode de déflation précédent.

Crédit photo : HVO

En observant ce comportement du lac de lave, les scientifiques du HVO savent à peu près à quel moment la pause de l’éruption sera terminée et à quel endroit la lave fera sa réapparition dans le cratère. L’écart de temps observé entre le retour de l’inflation sommitale et la reprise de l’éruption est également une indication que la connexion entre la surface et le réservoir HMM n’est pas toujours ouverte. Pendant que le sommet gonfle, la pression monte dans le réservoir, et ce n’est que lorsque l’éruption recommence que la pression est relâchée. Après cela, le système s’équilibre et se comporte à nouveau comme un système ouvert, comme il l’a fait en 2008-2018.
Il s’agit donc d’une différence intéressante et importante entre le lac de lave actuel et celui qui existait de 2008 à 2018. Cela offre la possibilité de mieux connaître les conditions nécessaires pour que le système passe de fermé à ouvert.
On observe globalement en ce moment une déflation lente du système magmatique sommital du Kilauea. Cela signifie que l’éruption ne s’intensifiera probablement pas. La lave ne fait que des apparitions éphémères dans le cratère.
Source : USGS/HVO.

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The latest episode of « Volcano Watch », a weekly article released by U.S. Geological Survey (USGS) is dedicated to the behaviour of lava lakes at the summit of Kilauea.

When I visited the volcano in August 2008, Halema’uma’u Crater (HMM) was covered with a solid crust of lava. The only sign of activity was a yellow area caused by sulphur deposits in the SW wall of the crater. (see photos above)

Actually, it was the place where lava decided to emerge in the crater in September of that year. A short series of explosions preceded the opening of a lava lake which grew steadily, forming what became known as the Overlook crater. Convection of lava within the lake provided a steady supply of sulphur dioxide (SO2), which was the main contributor to vog (volcanic smog) in Hawaiʻi. (see photo above)

It also provided a reliable glow against the night sky that was visible throughout the summit region. (see photo above).

When lava began erupting from fissures in Leilani Estates in 2018, Kilauea’s summit reservoir system began to deflate, and the lava lake quickly drained away before the summit began to collapse. ‘see photo above)

One of the interesting facets of the 2008–2018 lava lake era was the close association between summit tilt data and the surface level of the lava lake. As the lake surface would rise within the Overlook crater, summit tiltmeters would record inflationary tilt. As the lava lake surface withdrew, tiltmeters would record deflationary tilt. The interpretation was that there was a fully open connection between the lava lake and the shallow summit magma reservoir, referred to as the Halemaʻumaʻu (HMM) reservoir. As a result, the lake acted like a barometer, with its level moving up and down in direct proportion to pressure changes in the HMM reservoir. This unique behaviour made it possible to determine certain quantities for the HMM magma reservoir that are difficult or impossible to determine at other volcanoes.

In a 2019 publication, scientists showed that by tracking deformation and lava level changes during the opening stages of Kilauea’s 2018 summit collapses, it was possible to determine that the entire 2018 collapse and eruption decreased the HMM magma reservoir volume by a most likely amount of 20%, leaving the majority of the magma in place.

The current lava lake in Halemaʻumaʻu (see photo above) also rises and falls together with inflationary and deflationary tilt. This indicates that, to some extent, there is again an open connection to the shallow HMM magma chamber. However, some of the deflation and inflation cycles are larger than others, and during these episodes the lava lake level goes down and the eruption pauses. The eruption does not resume, and the lake level does not rise again at the same time as the tiltmeters show inflationary tilt, but instead waits until the amount of inflationary tilt is about equal to the amount of preceding deflationary tilt.

This behaviour of the lava lake gives HVO scientiststs a rough idea of when the eruption pause be over and active lava will return to the crater. The gap in time between the return of inflationary tilt and eruption renewal is also an indication that the connection between the surface and shallow HMM reservoir is not always open. While the summit is inflating, pressure is building in the reservoir, and it is not until the eruption starts again that the pressure is released. After this the system equilibrates and once again behaves as an open system, like it did in 2008–2018.

This is an interesting and important difference between the current lava lake and the lake that existed from 2008–2018 and presents the opportunity to learn more about the conditions under which the system might change from closed to open.

The current overall trend of Kilauea’s summit magma system is slow deflation. This means there are no signs right now that the eruption could get more vigorous.

Source: USGS / HVO.

Que se passe-t-il sur le Kilauea (Hawaii) ? // What’s happening at Kilauea Volcano (Hawaii) ?

Il semble que l’éruption du Kilauea soit en train de marquer le pas, même si les webcams montrent toujours une faible activité au niveau de la bouche qui perce la paroi ouest du cratère Halema’uma’u. Le HVO indique que les émissions de gaz restent élevées. Le tremor volcanique montre une baisse et on observe une légère déflation sur les inclinomètres au sommet. L’activité sismique reste faible.
Aucune activité particulière n’est observée sur l’East Rift Zone du Kilauea.
Source : HVO.

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It looks as if the Kilauea eruption is strongly decreasing, although webcams still show weak activity from the vent in the western wall of Halemaʻumaʻu crater. HVO says that gas emissions remain elevated. The volcanic tremor is declining and there is a minor deflationary tilt signal on summit tiltmeters. Earthquake activity remains below background.
No unusual activity has been noted in the Kīlauea East Rift Zone.

Source: HVO.

Capture image webcam HVO