Étiquette : electromagnetic

Etude des courants telluriques sur le Kilauea (Hawaii) // Study of telluric currents on Kilauea Volcano (Hawaii)

Un nouvel article « Volcano Watch » du Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explique à ses lecteurs comment les scientifiques étudient la conductivité sous le Kilauea. Ce travail permettra d’en savoir plus sur le système d’alimentation magmatique du volcan. Le projet a débuté à l’été 2022 et s’achèvera après avoir couvert l’ensemble du volcan en 2023.
Une étude magnétotellurique consiste à mesurer de minuscules perturbations dans les champs magnétiques et électriques (telluriques) naturels de la Terre afin de savoir dans quelle mesure les roches souterraines conduisent l’électricité.
En 2022, les scientifiques ont collecté des données très pointues sur une quarantaine de sites du Parc national des volcans d’Hawaii. En février 2023, une équipe de géophysiciens du Bureau de l’U.S.G.S. à Denver collectera des données sur 65 autres sites dans le District de Puna, le long de l’East Rift Zone du Kilauea. La dernière phase des travaux aura lieu en mai et juin lorsque l’équipe de Denver rassemblera des données recueillies dans tous les sites restants à l’intérieur et à l’extérieur du Parc national.
L’étude magnétotellurique s’appuie sur l’énergie électromagnétique naturelle produite par une combinaison des vents solaires (flux continu de particules chargées émis par le Soleil) qui interagissent avec le champ magnétique terrestre et les impacts de foudre. L’énergie électromagnétique avec des périodes (inverses de la fréquence) comprises entre 1 milliseconde (1 000 cycles par seconde) et 4 000 secondes (21,6 cycles par jour) est enregistrée sur chaque site. Les données avec les plus longues périodes fournissent une mesure de la conductivité électrique à de plus grandes profondeurs.
Le magma sous la surface, ainsi que les systèmes hydrothermaux environnants, conduisent très bien l’électricité, contrairement aux coulées de lave refroidies et solidifiées. Le réseau dense de sites magnétotelluriques du Kilauea collectera des données qui seront utilisées pour cartographier en trois dimensions les zones de stockage du magma.
Les zones de haute conductivité sous la surface montrent où se trouve le magma sous le Kilauea, y compris le réservoir magmatique sommital, et le cheminement du magma entre le sommet et les zones de rift est et sud-ouest.
Le travail de terrain consistera à installer des capteurs pour mesurer les champs magnétiques et électriques terrestres sur chaque site. Pour obtenir des informations à plus grande profondeur, les données doivent être acquises en continu pendant 1 à 5 jours.
Une étude magnétotellurique effectuée en 2002 au sommet et sur l’Upper East Rift Zone du Kīlauea a montré des conducteurs souterrains dans trois zones distinctes à moins de 3 kilomètres de la surface. L’un se trouvait sous la caldeira du Kilauea, un second à 1,6 km au sud de la caldeira et un troisième sous et au sud du Pu’uO’o dans la Middle East Rift Zone. Les zones conductrices au sud du sommet et du Pu’uO’o se trouvaient dans des zones de failles susceptibles de contenir des fluides salins ou hydrothermaux électriquement conducteurs. Les corps conducteurs sous le sommet et Pu’uO’o représentent probablement le conduit entre le réservoir magmatique sommital et l’East Rift Zone qui a alimenté l’éruption en 2002.
Le projet magnétotellurique 2022-2023 couvrira presque toute la surface du Kilauea et permettra aux scientifiques d’obtenir plus de détails sur le système d’alimentation de la zone de rift sud-ouest et de la Lower East Rift Zone qui a alimenté l’éruption dans le District de Puna en 2018. Ces données,s’ajoutant aux données d’un relevé électromagnétique et magnétique aéroporté effectué en 2022 (voir ma note du 7 juin 2022), devraient permettre au HVO d’effectuer une tomodensitométrie très détaillée – CAT scan en anglais – du volcan. Les scientifiques espèrent pouvoir cartographier dans le détail les conduits d’alimentation de l’éruption de 2018 dans le District de Puna.
Vous trouverez plus de détails et des mises à jour sur l’avancement du projet à cette adresse :
https://www.usgs.gov/supplemental-appropriations-for-disaster-recovery-activities/science/2019-kilauea-disaster.
Source : USGS, HVO.

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A new « Volcano Watch » article by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explains its readers how scientists study subsurface conductivity beneath Kilauea. This work will reveal the volcano’s subsurface magmatic plumbing. The project started in the summer 2022 summer and will be completed over the entire volcano in 2023.

Magnetotelluric sounding is a geophysical technique that measures tiny perturbations in the natural Earth magnetic and electric (telluric) fields to map out how well underground rocks conduct electricity.

In 2022, scientists collected high-quality data at about 40 sites within Hawaiʻi Volcanoes National Park. In February 2023 the team of geophysicists from the U.S.G.S. Denver office will collect data at another 65 sites in the Puna District along Kīlauea’s East Rift Zone. The final phase of the work will occur in May and June when the Denver crew will collect any remaining sites both inside and outside of the national park.

The magnetotelluric sounding method relies upon natural electromagnetic energy from a combination of solar winds (continuous flow of charged particles from the Sun) interacting with the Earth’s magnetic field and global lighting strikes. Electromagnetic energy with periods (inverse of frequency) between 1 millisecond (1,000 cycles per second) to 4,000 seconds (21.6 cycles per day) are recorded at each site. The longer-period data provides a measure of electrical conductivity at greater depths beneath the ground surface.

The magma beneath the surface, as well as the surrounding hydrothermal systems, conducts electricity very well whereas cooled and solidified lava flows don’t. The dense network of magnetotelluric sites on Kilauea will collect data that are used to map the subsurface locations of magma in three dimensions.

Areas of high conductivity beneath the surface show where magma is located beneath Kilauea, including the summit magma reservoir and the pathways from there to Kilauea’s East and Southwest Rift Zones.

The field work will involve setting up sensors to measure the Earth’s magnetic and electric fields at each site. To get information from the greatest depths, data must be acquired continuously for 1 to 5 days.

A 2002 magnetotelluric study of the summit and upper East Rift Zone of Kīlauea volcano showed subsurface conductors in three distinct areas within 3 kilometers of the surface. One was beneath the Kilauea caldera, a second was 1.6 km south of the caldera, and a third was beneath and to the south of Pu’uO’o on the Middle East Rift Zone. The conductive zones south of the summit and Pu’uO’o were within fault zones that may have held electrically conductive saline or hydrothermal fluids. The conductive bodies below the summit and Pu’uO’o likely represent the magma conduit from the summit reservoir to the East Rift Zone that fed the ongoing eruption in 2002.

The 2022-2023 magnetotelluric project will cover almost the entire surface of Kilauea and allow scientists to see more detail about the subsurface plumbing of the Southwest Rift Zone and the lower East Rift Zone that fed the 2018 Puna eruption. These data, combined with the data from an airborne electromagnetic and magnetic survey flown in 2022 (see my post of June 7th, 2022) should give HVO a very detailed computed tomography scan – CAT scan – of the volcano. It is hoped that the subsurface plumbing that fed the 2018 Puna eruption will be mapped in detail.

More details and updates on the progress of the Kilauea subsurface conductivity project can be found here:

https://www.usgs.gov/supplemental-appropriations-for-disaster-recovery-activities/science/2019-kilauea-disaster.

Source : USGS, HVO.

 

Mesure de l’énergie électromagnétique à l’aide d’une boucle de fil de forme ovale de 15 m par 25 m suspendue à 30 m sous un hélicoptère (Source : USGS)

Nouvelles mesures sur le Kilauea (Hawaii) // New measurements on Kilauea Volcano (Hawaii)

Alors que l’éruption sommitale du Kilauea se poursuit dans le cratère de l’Halema’uma’u, les géologues du HVO sont impliqués dans deux projets qui devraient leur permettre de mieux comprendre comment fonctionne le volcan, ainsi que le déroulement de l’éruption et l’effondrement du sommet du Kīlauea en 2018.
Les deux projets qui débuteront cet été mettent en jeu le transport aérien d’une boucle de fil oblongue d’une part, et l’enfouissement de bobines de fil d’autre part. La zone cible est l’ensemble du Kilauea, depuis la pointe orientale de Kumukahi au sud-ouest, jusqu’à Punaluʻu. Les deux projets détermineront la distribution des résistivités électriques sous la surface, ce qui peut être utilisé pour cartographier le magma. Le projet aéroporté cartographiera également les variations du champ magnétique pour déterminer dans quelle mesure le champ terrestre est présent dans les minéraux magnétiques du Kilauea.
Le premier projet consistera à enfouir des électrodes et des bobines de fil à faible profondeur pour mesurer l’énergie électromagnétique (EM) générée par la foudre autour de l’équateur. Les orages accompagnés de foudre sont courants dans les régions équatoriales. Ils produisent un bruit électromagnétique constant qui se déplace autour du globe dans l’atmosphère entre la surface de la Terre et l’ionosphère. La réponse de la Terre à cette stimulation EM distante peut indiquer aux géologues les propriétés électriques de la Terre sous les bobines à des profondeurs d’environ 10 km. Le système, d’une surface d’un mètre carré, sera déplacé vers quelque 125 emplacements au sol sur le volcan. Les données obtenues serviront à mettre au point une image détaillée du fonctionnement interne de Kilauea. Cette étude s’étalera sur deux saisons : la première en 2022 durant les mois de mai et juin; la deuxième à l’été 2023.
La deuxième partie du projet utilisera une boucle de fil de forme ovale de 15 m par 25 m suspendue à 30 m sous un hélicoptère survolant la majeure partie du volcan.

 

Source: USGS

La boucle transmettra et recevra de l’énergie EM à très basse fréquence et devra voler à 35–50 m au-dessus du sol ou de la cime des arbres. Un petit capteur mesurera également l’intensité du champ magnétique. Il s’agit de cartographie électromagnétique et magnétique aéroportée (AEM).
Les données AEM permettront d’obtenir une image de la structure peu profonde (600 m de profondeur) du volcan, y compris les eaux souterraines et les schémas d’altération causés par les fluides hydrothermaux comme ceux qui se sont infiltrés dans le lac d’eau de l’Halema’uma’u en 2019-2020. Le champ magnétique terrestre le long de la trajectoire de vol permettra de cartographier également la signature du dyke qui a acheminé le magma vers le district de Puna en 2018. Cette partie du projet est également prévue au cours des mois de juin et juillet 2022.
Les survols actuels ne concernent aucune zone résidentielle ni aucune autre région interdite par la Federal Aviation Administration (FAA) ou le Parc national des volcans d’Hawaï. En revanche, les prochains vols auront lieu de jour et seront coordonnés avec la FAA. Des pilotes expérimentés spécialement formés pour le vol à basse altitude piloteront l’hélicoptère. Aucun des instruments utilisés pendant le projet ne présente de risque pour la santé des personnes ou des animaux.
L’AEM et le champ magnétique terrestre ont été cartographiés pour la dernière fois en 1978 sur le Kilauea et le Mauna Loa. Les résultats ont montré que l’East Rift Zone du Kilauea présentait une forte aberration de champ magnétique typique des dykes verticaux qui alimentent d’innombrables éruptions latérales à partir de la zone sommitale.
L’équipement et le logiciel utilisés pour ces projets ont été beaucoup améliorés au cours des 20 dernières années et les géophysiciens qui supervisent le projet actuel ont utilisé avec succès les nouvelles techniques pour cartographier d’autres volcans aux Etats Unis. La finalité du projet en cours est de produire une image de l’ensemble du système magmatique du Kilauea.
Source : USGS, HVO.

A noter que l’étude aéroportée du volcan a déjà été mise en oeuvre sur le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion). Voir ma note du 22 décembre 2019:

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2019/12/22/nouvelle-approche-de-lile-de-la-reunion-et-son-volcan-new-approach-of-reunion-island-and-its-volcano/

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While the summit eruption of Kilauea is continuing within Halema’uma’u Crater, HVO geologists are involved in two projects that will help scientists better understand how the volcano works and how the 2018 eruption and collapse of Kīlauea summit happened.

The two projects that will start this summer employ flying an oblong wire loop and burying wire coils. The target area is the entire volcano of Kilauea, from the eastern point of Kumukahi southwest almost to Punaluʻu. Both project will determine the distribution of electrical resistivities below the surface, which can be used to map magma. The airborne project will also map variations in the magnetic field to determine how well the Earth’s field is frozen into Kīlauea’s magnetic minerals.

The first project will deploy electrodes and wire coils buried at shallow depths to passively measure the electromagnetic (EM) energy generated by lightning strikes around the equator.. Lightning storms are common in equatorial regions and those storms produce surprisingly constant electromagnetic noise that travels around the globe in the atmosphere between the Earth’s surface and the ionosphere. The response of the earth to this distant EM stimulation can tell geologists the electrical properties of the earth below the coils to depths of about 10 km. The one-square-meter setup will be moved to about 125 ground locations on the volcano. The resulting data will be used to develop a detailed picture of Kilauea’s inner workings. This study will be done over two field seasons with the first season in 2022 during the months of May and June. The second season will be in the summer of 2023.

The second part of the project will use a 15 by 25 m oval-shaped wire loop suspended 30 m beneath a helicopter flying over most of the volcano. (see image above) The loop assembly will transmit and receive very low frequency EM energy and will need to be flown 35–50 m above the ground or treetops. A small sensor will also be measuring magnetic field strength. The technique is called airborne electromagnetic and magnetic (AEM) mapping.

AEM data will allow imaging of the shallow (upper 600 m) structure of the volcano including groundwater and patterns of alteration caused by hydrothermal fluids like those that seeped into Halemaʻumaʻu water lake in 2019–2020. Earth’s magnetic field along the flight path will also map the signature of the cooling dike that transported magma to lower Puna in 2018. This part of the project is also scheduled for 2022 in the months of June and July.

Currently planned flight lines do not fly over any residential areas or other regions excluded by the Federal Aviation Administration (FAA) or Hawaiʻi Volcanoes National Park. Flights will occur during daylight hours and be coordinated with the FAA. Experienced pilots specially trained and approved for low-level flying will operate the helicopter. None of the instruments in either part of the project pose a health risk to people or animals.

AEM and Earth’s magnetic field were last mapped in 1978 over both Kilauea and Mauna Loa. The 1978 results showed that Kilauea’s East Rift Zone was clearly outlined by a strong magnetic field aberration typical of vertical dikes that fed countless eruptions laterally from the summit area.

The equipment and software have been much improved in the past 20 years and the geophysicists overseeing the current project have successfully used the technique to map other US volcanoes. Their hope is now to produce a picture of the entire magmatic system of Kilauea.

Source: USGS, HVO.

It should be noted that the airborne technology was already used on Piton de la Fournaise (Reunion Island). See my post of December 22nd, 2019:

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2019/12/22/nouvelle-approche-de-lile-de-la-reunion-et-son-volcan-new-approach-of-reunion-island-and-its-volcano/

Vue de la zone couverte par la campagne de mesures ‘Source: HVO)