Étiquette : eruption

La technologie muonique pour étudier le Stromboli (Sicile) // Muon technology to study Stromboli (Sicily)

Dans des notes publiées en novembre 2015 et 2017, et en juillet 2016, j’ai attiré l’attention sur l’intérêt que représentait la technologie muonique dans le domaine volcanique. Déjà en 2007, les scientifiques japonais essayaient d’observer l’intérieur des volcans en utilisant cette nouvelle technologie basée sur l’utilisation de particules chargés positivement ou négativement, en provenance des couches supérieures de l’atmosphère

La technique de radiographie muonique est basée sur un principe similaire à celle utilisant les rayons X, mais elle présente l’avantage de pouvoir être utilisée pour étudier des objets beaucoup plus volumineux, tels que les pyramides ou les volcans.
La Protection Civile italienne nous apprend aujourd’hui que la radiographie muonique a été appliquée au Stromboli. C’est le fruit de la collaboration d’un groupe de chercheurs de l’Institut National de Physique Nucléaire (INFN) et de l’Institut National de Géophysique et de Volcanologie (INGV), sans oublier des instituts de recherche japonais. Les résultats de l’étude sur le Stromboli ont été publiés dans la revue Scientific Reports qui couvre toutes les sciences naturelles. Ils révèlent la présence d’une zone de faible densité dans la région sommitale du volcan. Cette zone correspond à une structure d’effondrement formée dans la zone des cratères lors de l’éruption effusive de 2007. Cette zone a ensuite été remplie de matériaux pyroclastiques produits par l’activité explosive strombolienne. Cette structure, qui a influencé le style éruptif du volcan après l’éruption de 2007, a une densité de plus de 30% inférieure à celle du reste du substrat rocheux.
Les muons produits par l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère pénètrent dans la roche volcanique et peuvent la traverser de part et d’autre. Cependant, en fonction de la densité et de l’épaisseur de la roche, seule une partie est absorbée. Par le nombre de muons arrivant sur le détecteur, on peut comprendre la densité de la matière qu’ils ont traversée. Des radiographies périodiques du sommet du volcan peuvent être utilisées pour suivre l’évolution de sa structure interne. Le résultat obtenu servira à mieux comprendre les processus éruptifs stromboliens et la dynamique de la Sciara del Fuoco qui a été à plusieurs reprises affectée par des glissements de terrain générateurs de tsunamis.
Le détecteur de muons utilisé pour analyser le Stromboli est basé sur les technologies développées pour l’expérience OPERA ; elles ont étudié les propriétés du faisceau de neutrinos du CERN au Laboratoire national du Gran Sasso de l’INFN. Le premier défi auquel les scientifiques ont été confrontés a été la nécessité de concevoir un détecteur compact à haute résolution angulaire ne nécessitant pas d’alimentation électrique et pouvant être transporté sur les pentes d’un volcan tout en résistant aux éléments. Le détecteur est constitué de 320 films d’émulsions nucléaires, plaques photographiques spéciales qui permettent de « photographier » avec une grande précision le passage des particules qui les traversent. La surface du détecteur est d’environ un mètre carré. Le détecteur a été placé sur le site de Le Roccette, à une altitude de 640 mètres, et a recueilli les traces des muons qui ont traversé le volcan pendant environ 5 mois.

Source : Revue de la Protection Civile Italienne.

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 In several posts published in November 2015 and 2017, and in July 2016, I drew attention to the interest of the muon technology in the volcanic field. Already in 2007, Japanese scientists had tried to observe the interior of volcanoes using this new technology based on the use of positively or negatively charged particles from the upper layers of the atmosphere
The muon radiography technique is based on a principle similar to that using X-rays, but it can also be used to study much larger objects, such as pyramids or volcanoes.
The Italian Civil Protection informs us today that muon radiography has been applied to Stromboli. This is the result of the collaboration of a group of researchers from the National Institute of Nuclear Physics (INFN) and the National Institute of Geophysics and Volcanology (INGV), not to mention Japanese research institutes. The results of the study on Stromboli were published in the journal Scientific Reports which covers all natural sciences. They reveal the presence of a low density area in the summit area of the volcano. This zone corresponds to a collapse structure formed in the crater zone during the effusive eruption of 2007. This area was then filled with pyroclastic materials produced by strombolian explosive activity. This structure, which influenced the eruptive style of the volcano after the eruption of 2007, has a density more than 30% lower than the rest of the bedrock.
The muons produced by the interaction of cosmic rays with the atmosphere penetrate the volcanic rock and can cross it on both sides. However, depending on the density and thickness of the rock, only a part is absorbed. By the number of muons arriving on the detector, one can understand the density of the material which they crossed. Periodic radiographs of the summit of the volcano can be used to follow the evolution of its internal structure. The result will be used to better understand Strombolian eruptive processes and the dynamics of the Sciara del Fuoco which has been repeatedly affected by tsunami-generating landslides.
The muon detector used to analyze Stromboli is based on the technologies developed for the OPERA experiment; they studied the properties of the CERN neutrino beam at the INFN’s Gran Sasso National Laboratory. The first challenge that scientists had to face was the need to design a compact, high-resolution angular detector that does not require power and can be transported on the slopes of a volcano while resisting the elements. The detector consists of 320 films of nuclear emulsions, special photographic plates that allow to « photograph » with a great precision the passage of the particles which cross them. The surface of the detector is about one square metre. The detector was placed on the site of Le Roccette, at an altitude of 640 metres; it collected traces of muons that crossed the volcano for about 5 months.
Source: Journal of Italian Civil Protection.

Photo: C. Grandpey

Le Stromboli vu par les muons (Source: Protection Civile / INFN)

Nouvelle éruption du Sinabung (Indonésie) // Mt Sinabung (Indonesia) erupts again

L’activité du Sinabung (Indonésie) s’est de nouveau intensifiée avec une éruption modérée survenue le 7 mai 2019 à 19h48 (heure locale). L’événement a duré 42 minutes et 49 secondes. Des retombées de cendres ont été signalées dans plusieurs villages autour du volcan. Le VAAC de Darwin indique que l’éruption a produit une colonne de cendres jusqu’à 4,6 km d’altitude, soit 2 km au-dessus du cratère.
Le niveau d’alerte est à 4 (AWAS), le maximum, depuis le 2 juin 2015. Il existe une zone d’exclusion générale de 3 km, avec des extensions de 7 km dans le secteur ESS, 6 km dans le secteur ESE et 4 km dans le secteur NNE. Il est demandé aux personnes vivant le long des rivières de se méfier des lahars, en particulier lors de fortes pluies.

La dernière éruption du Sinabung a eu lieu en 2018 avec des panaches de cendres qui sont montés jusqu’à 3,7 km d’altitude.

Source: BNPB.

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Sinabung (Indonesia) has become quite active again with a moderate eruption that occurred at 19:48 (local time) on May 7th, 2019. The event lasted 42 minutes and 49 seconds. Ashfall was reported in several villages around the volcano.

The Darwin VAAC indicates that the eruption produced an ash column up to 4.6 km a.s.l., or 2 km above the crater.

The alert level has been at 4 (AWAS), the maximum, since June 2nd, 2015. There is a general exclusion zone of 3 km, with extensions of 7 km on the SSE sector, 6 km on the ESE sector, and 4 km on the NNE sector. People living along rivers are asked to be alert for potential lahars, especially during heavy rains.

Sinabung’s last eruption took place in 2018 with ash plumes up to 3.7 km a.s.l..

Source: BNPB.

Séquence éruptive sur le Sinabung (Source: CVGHM)

L’éruption du Kilauea (Hawaii) en 2018… // The 2018 Kilauea eruption…

Le 3 mai 2019 marquait le premier anniversaire du début de l’éruption du Kilauea en 2018 dans la Lower East Rift Zone (LERZ) de la Grande Ile d’Hawaii. Au cours de l’année écoulée, les volcanologues du HVO ont analysé les très nombreuses données rassemblées pendant l’éruption et ils ont tiré quelques conclusions intéressantes. Le HVO indique que l’éruption dans la LERZ et l’effondrement sommital du volcan fournissent de nombreuses informations sur le comportement du Kilauea.
En premier lieu, l’éruption a montré dans quelle mesure la modification de la composition chimique de la lave a influé sur le risque posé par les coulées. Pendant les deux premières semaines (entre le 3 et le 18 mai), l’éruption est restée relativement modérée, avec des débits de lave relativement faibles. Les analyses chimiques ont indiqué que cette lave provenait de poches de magma plus ancien stockées sous la LERZ. Ce magma plus froid et moins fluide était probablement le reliquat d’éruptions antérieures. Les scientifiques pensent que ce magma a probablement été ‘chassé’ par la lave en provenance du Pu’uO’o. Les analyses chimiques indiquent que cette lave, sur son trajet, est probablement entrée en contact avec deux, voire trois, anciennes poches de magma.
Vers le 18 ou le 19 mai, l’éruption s’est modifiée, avec l’arrivée d’une lave plus chaude et plus fluide. Elle provenait probablement de la vidange du réservoir sommital. Le débit éruptif est devenu de 10 à 20 fois plus important, de même que les coulées de lave qui sont devenues plus rapides et, de ce fait, beaucoup plus menaçantes pour les zones habitées.
Une semblable modification chimique de la lave avait déjà été observée lors de l’éruption de 1955 dans la LERZ, mais one ne s’en est rendu compte que longtemps après la fin de cette éruption. Le suivi quotidien de la composition de la lave pendant l’éruption de 2018 était donc important. Il a permis d’identifier son évolution chimique au début du mois de mai et d’anticiper l’arrivée d’un magma plus chaud et plus fluide, avec des coulées de lave plus dangereuses dans la LERZ. .
Si l’on observe l’évolution des éruptions de 2018 et de 1955, on peut raisonnablement penser que les éruptions futures dans la zone de rift commenceront avec un débit relativement faible impliquant un magma ancien les premiers jours. Avec l’arrivée d’un magma plus jeune et plus chaud, elles donneront ensuite naissance à de grandes coulées de lave rapides et dangereuses pour les habitations.
La composition de la lave a permis d’expliquer un autre aspect de l’éruption de 2018. À la mi-mai, de brèves explosions se produisaient fréquemment au niveau de la Fracture n° 17, avec des projections de bombes à plusieurs centaines de mètres. Au début, les volcanologues ont pensé que ces explosions étaient provoquées par des infiltrations d’eaux souterraines dans les fractures, ce qui provoquait des explosions phréatiques. Cependant, des analyses chimiques ont révélé que la Fracture n° 17 émettait une lave qui avait une composition inhabituelle. La quasi-totalité de la lave émise par le Kilauea est du basalte, tandis que la Fracture n° 17 émettait de l’andésite, ce que l’on n’avait encore jamais observé dans ce secteur du volcan. L’andésite est plus riche en silice que le basalte et est donc moins fluide. La consistance plus visqueuse de la lave andésitique facilite la coalescence et l’éclatement de grosses bulles de gaz sous haute pression ; c’est probablement ce qui explique l’activité explosive sur la Fracture n° 17.
L’éruption a également mis en évidence le lien étroit qui unit l’East Rift Zone du Kilauea et le réservoir magmatique au sommet du volcan. En juin et juillet 2018, on a observé des effondrements quasi quotidiens au sommet du Kilauea, accompagnés de séismes atteignant parfois la magnitude M 5,3. Les caméras qui surveillaient le chenal de lave au départ de la Fracture n° 8 ont observé que le débit de la lave a commencé à augmenter quelques minutes après l’effondrement sommital pour atteindre son maximum entre 2 et 4 heures plus tard. Au moins une fois, l’augmentation du débit d’écoulement de la lave a provoqué des débordements du chenal, avec une menace potentielle pour les zones habitées à proximité.
Ces événements ont démontré que l’augmentation du débit éruptif était dû à une augmentation brutale de pression provoquée par l’effondrement sommital et qui s’est propagée le long du conduit magmatique de 40 km de long en direction de la LERZ, un peu comme le ferait une presse hydraulique. Le délai de 2 à 4 heures avant que le débit de la lave atteigne son apogée a permis au HVO et à la Sécurité Civile, dans au moins un cas, de prévoir et de se préparer au risque de débordement de la lave.
Ces informations obtenues pendant l’éruption du Kilauea en 2018 permettront au HVO de mieux comprendre le processus volcanique, mais aussi de mieux prévoir et se préparer aux menaces induites par les prochaines éruptions.
Source: USGS / HVO.

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May 3rd, 2019, marked the one-year anniversary of the start of Kilauea’s 2018 Lower East Rift Zone (LERZ) eruption. Over the past year, HVO geologists have been closely studying the vast amount of data collected during the eruption and they drew a few interesting conclusions. HVO indicates that the Lower East Rift Zone eruption, as well as the 2018 summit collapses, are providing many new insights on Kilauea.

First, the eruption showed how the changing chemical composition of the magma erupted in 2018 controlled the lava-flow hazard. The first two weeks of the eruption (between May 3rd and 18th) produced low eruption rates and relatively small flows. Chemical analyses indicated that the lava originated from pockets of older magma stored underground in the LERZ. This cooler and less fluid magma was probably residue from earlier eruptions. It is thought that this stored magma was presumably forced out by the intruding dike of magma that originated from Pu’uO’o. The chemical analyses indicate that the dike may have intersected two, or even three, separate stored magma bodies.

Around May 18th -19th, the eruption became different as hotter and more fluid magma was erupted. This magma was presumably draining from the summit magma reservoir. The eruption rate increased roughly 10-20 times, and the flows became larger, faster-moving, and much more dangerous.

A similar chemical change in the lava had occurred during the 1955 LERZ eruption, but it was not recognized until long after that eruption ended. Daily tracking of lava composition during the 2018 eruption was important because it allowed to identify the chemical change in early May, and to correctly anticipate that hotter, more fluid magma – leading to more dangerous lava flows – might arrive in the LERZ. .

Taken together, the 2018 and 1955 eruptions point to the possibility that future rift zone eruptions can start in a small way in the opening days as older magma is erupted. But once fresher, hotter magma arrives, rift zone eruptions can switch to large, fast-moving, and dangerous lava flows.

Magma composition also helped explain another hazard of the 2018 eruption. In mid-May, brief explosions occurred frequently from Fissure 17, throwing lava bombs several hundred metres. An initial explanation was that they were driven by groundwater seeping into the fissures, causing steam blasts. However, chemical analyses revealed that Fissure 17 erupted lava with an unusual composition. Nearly all lava erupted on Kilauea is basalt, but Fissure 17 erupted Kilauea’s first documented andesite. Andesite is higher in silica than basalt, and is, therefore, less fluid. The more viscous consistency of andesitic lava makes it easier for large gas bubbles to coalesce and burst with high pressure, which provides a likely explanation for the explosive activity at Fissure 17.

The eruption also highlighted the close connection between Kilauea’s East Rift Zone and the volcano’s summit magma reservoir. In June and July 2018, there were near-daily summit collapse events, each with the equivalent of an M 5.3 earthquake. Time-lapse cameras monitoring the Fissure 8 lava channel observed that the eruption rate began to increase within minutes after a summit collapse, eventually peaking 2 to 4 hours later. At least once, the increased eruption rates produced overflows from the lava channel that could have threatened adjacent residential areas.

This showed that the increase in the eruption rates was driven by a pressure pulse originating from the summit collapse and transmitted down the 40-km-long magma conduit to the lower East Rift Zone, just like a hydraulic press. The 2 to 4-hour delay in peak eruption rates allowed HVO and emergency managers, in at least one instance, to anticipate and prepare for the overflow hazard.

The new insights gained from Kilauea’s 2018 eruption will help HVO better understand the volcanic process, and, in turn, forecast and prepare for the dangers in future eruptions.

Source: USGS / HVO.

La Fracture n°8 et ses impressionnantes coulées de lave a dominé l’éruption du Kikauea dans la Lower East Rift Zone (Crédit photo: USGS / HVO)

Réflexions sur les causes de l’éruption du Kilauea en 2018 // Reflections on the causes of the 2018 Kilauea eruption

Lorsque se produit un événement géologique majeur, les scientifiques tentent d’en comprendre la cause. S’agissant de la dernière éruption du Kilauea en 2018, le HVO rappelle que le volcan est l’un des plus actifs au monde. Les zones de fractures et le sommet du Kilauea sont en Zone 1 sur la carte à risques de l’USGS pour la Grande Ile d’Hawai. En effet, c’est là que se trouvent la plupart des bouches ayant donné lieu à des éruptions au cours des derniers siècles. La lave est sortie du sol dans la Zone 1 et s’est rapidement répandue dans la Zone 2, là où se propagent en général les coulées.
En avril 2018, le Kilauea étaient en éruption pratiquement continue depuis plus de 35 ans. Il était inévitable qu’à un moment ou à un autre l’éruption du Pu’uO’o se termine et qu’une autre éruption commence sur le volcan. Il était également à peu près certain que, sur la base des activités passées, l’éruption suivante se produirait quelque part sur l’East Rift Zone du Kilauea.
Les données sismiques et de déformation de l’éruption de 2018 montrent que du magma a été injecté dans la partie basse de l’East Rift Zone du Kilauea à partir de la partie centrale de cette même zone, près du Pu’uO’o, entre le 30 avril et le 3 mai. La sismicité s’est déplacée vers l’est à raison d’environ 1 km à l’heure pendant trois jours, à mesure que le magma se frayait un chemin dans le sous-sol, jusqu’à sa sortie en surface au niveau de la Fracture n°1 le 3 mai 2018. Cela montre clairement que la migration du magma le long de la zone de rift a commencé près de Pu’uO’o, donc dans la partie centrale de la zone, plutôt que dans sa partie basse.
L’intrusion magmatique initiale s’est arrêtée sous Pohoiki Road, au sud-ouest de l’installation géothermique. Le 9 mai, la sismicité a montré que l’intrusion s’était réactivée et qu’elle se dirigeait vers l’est en direction de Kapoho. Après une autre courte pause, le magma a poursuivi son avancée en souterrain jusqu’à ce qu’il atteigne son point le plus oriental, près de l’extrémité sud de Halekamahina Road.
L’ouverture ultérieure de 24 fractures sur la Lower East Rift Zone (LERZ), dans le secteur des Leilani Estates, n’a pas été vraiment une surprise. Des éruptions avaient déjà eu lieu dans cette même région en 1960 (Kapoho), 1955 (bouches de vapeur sur la Highway 130 en direction de Halekamahina), 1840 (Ka’ohe Homesteads dans les Nanawale Estates), vers 1790 (Lava Tree State Monument), et également avant cette date. Ces éruptions antérieures se sont produites bien avant le début les forages géothermiques sur la LERZ.
La situation géographique des fractures 16 à 22 a conduit certaines personnes à se demander s’il pouvait exister une relation entre l’activité éruptive et les forages géothermiques. Ces derniers ont eu lieu sur la LERZ car les éruptions du passé ont donné naissance à une petite activité hydrothermale dans cette zone.
Le fait que les éruptions du passé aient eu lieu avant les forages géothermiques sur la LERZ (1790, 1840, 1955 et 1960), la migration du magma en provenance du Pu’uO’o dans la LERZ et l’arrêt temporaire de la migration du magma à l’ouest des installations géothermiques indiquent que ces dernières n’ont joué aucun rôle dans le déclenchement de l’éruption.
La véritable cause de l’éruption dans la LERZ réside probablement dans l’accumulation de la pression magmatique au sommet du Kilauea, associée à une fragilisation de la zone de rift. La relation entre l’alimentation magmatique, la pression du magma et la résistance de l’édifice volcanique est la cause de la plupart des éruptions volcaniques dans le monde.
Ce qui s’est passé en 2018 fait partie du processus éruptif naturel du Kilauea et n’a pas été influencé par les activités humaines. Le volcan s’est comporté comme il l’a souvent fait dans le passé.
Source: USGS / HVO.

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When a major geologic event occurs, scientists  try to understand its cause. As far as Kilauea’s last eruption is concerned, HVO explains that Kilauea is one of the most active volcanoes in the world. The rift zones and summit on Kilauea are identified as Zone 1 on the USGS Lava-Flow Hazard Map for Hawaii Island, which is where the majority of erupting vents have been located in recent centuries. Lava has first emerged from the ground within Zone 1 and quickly flowed into Lava Flow Hazard Zone 2.

By April 2018, Kilauea had been erupting essentially nonstop for over 35 years. It was inevitable that, at some point, the Pu’uO’o eruption would end and another eruption would begin on the volcano. It was also fairly certain that, based on past activity, the next eruption would likely occur somewhere on Kilauea’s East Rift Zone.

Seismic and deformation data from the 2018 eruption show that magma was injected into the lower East Rift Zone (LERZ) from the middle part of Kilauea’s East Rift Zone near Pu’uO’o between April 30th and May 3rd.  Seismicity propagated eastward at a pace of about 1 km per hour over three days as magma forced its way through subsurface rock, until erupting to the surface as fissure 1 on May 3rd. It clearly shows that the downrift migration of magma began near Pu’uO’o rather than in the LERZ.

The initial intrusion of magma stopped beneath Pohoiki Road southwest of the geothermal development. On May 9th, seismicity indicated that the intrusion had reactivated and was moving eastward toward Kapoho. After another short pause, the magma continued its subsurface advance until it reached its easternmost point near the south end of Halekamahina Road.

The subsequent opening of 24 fissures in the vicinity of Leilani Estates on Kilauea’s LERZ was not unprecedented or particularly surprising. Eruptions occurred in this same area in 1960 (Kapoho), 1955 (steam vents on Highway 130 to Halekamahina), 1840 (Ka’ohe Homesteads through Nanawale Estates), around 1790 (Lava Tree State Monument), and earlier. These previous eruptions happened well before geothermal operations began on the LERZ.

The final locations of fissures 16-22 have led some people to ask if there might be a relationship between the eruption and geothermal operations. These operations are located on the LERZ because past eruptions have produced a small hydrothermal resource deep beneath that area.

The combination of repeated pre-geothermal LERZ eruptions (1790, 1840, 1955, and 1960), the clear movement of magma from Pu’uO’o into the LERZ, and the temporary halt in magma propagation west of the geothermal development all indicate that geothermal operations played no discernible role in triggering the eruption.

The actual causes of the LERZ eruption are likely the pre-eruption build-up of magmatic pressure at Kilauea’s summit combined with long-term weakening of the rift zone. The relationship between magma supply, magmatic pressure, and strength of the volcanic edifice are the typical culprits for most volcanic eruptions around the world.

What happened in 2018 is part of Kilauea’s natural process and was not influenced by human actions. The volcano behaved as it has many times in the past.

Source : USGS / HVO.

Vue aérienne de l’East Rift Zone (Photo: C. Grandpey)

Vue de l’East Rift Zone du Kilauea et de l’activité éruptive le 15 juin 2018 (Source : USGS / HVO)