Mesure et analyse des gaz sur le Kilauea (Hawaii) // Measurement and analysis of gases on Kilauea Volcano (Hawaii)

Après les géodésistes, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii(HVO) explique le rôle joué par les géochimistes dans l’analyse du comportement du Kilauea.
Les gaz donnent des indications précieuses sur les processus volcaniques, même quand le volcan n’est pas en éruption. Les ratios de gaz émis, comme le dioxyde de carbone (CO2) et le dioxyde de soufre (SO2), peuvent renseigner les scientifiques sur la profondeur à laquelle se trouve le magma. La quantité de SO2 émise par le volcan reflète également la quantité de magma ou de lave en cours de dégazage.
Les géochimistes du HVO utilisent diverses méthodes pour contrôler les émissions de gaz du Mauna Loa et du Kilauea, avec des mesures directes et des techniques à distance. L’une des mesures les plus fréquentes concerne les émissions de SO2, afin de savoir combien de tonnes sont émises par jour. Pour cela, les géochimistes se rendent sous le panache de gaz avec un spectromètre ultraviolet. Le SO2 absorbe la lumière ultraviolette, donc lorsqu’il y a une plus grande quantité de SO2 dans le panache éruptif, une plus faible quantité de lumière ultraviolette atteint le spectromètre. Ces mesures sont actuellement effectuées toutes les 2 à 4 semaines. Par contre, pendant l’éruption de 2018, elles étaient effectuées au minimum tous les deux jours. Lorsque le lac de lave s’agitait au sommet de Kilauea, le HVO avait un réseau de spectromètres qui calculait les émissions de SO2 toutes les quelques secondes.
Les géochimistes s’appuient également sur le rapport entre le CO2 et le SO2. Les rapports de quantités de ces gaz donnent des informations sur la profondeur à laquelle se trouve le magma. Le CO2 n’absorbe pas la lumière ultraviolette comme le SO2 ; les scientifiques mesurent donc directement le CO2. Pour ce faire, ils utilisent des capteurs placés directement dans le panache de gaz volcanique. Par exemple, le capteur «MultiGas» pompe le gaz et détermine les concentrations de CO2, SO2, H2S et de vapeur d’eau. Le travail consiste ensuite à calculer leurs ratios et à contrôler les fluctuations qui pourraient indiquer une augmentation du magma dans le volcan.
Il existe trois types de capteurs MultiGas au HVO: 1) des stations permanentes sur le Kilauea et le Mauna Loa qui envoient des données au HVO en temps réel: 2) un MultiGas portable, de la taille d’une grande mallette qui permet de contrôler la chimie des gaz dans de nombreux endroits; 3) un MultiGas miniaturisé monté sur un drone pour mesurer le gaz dans des sites dangereux ou inaccessibles.
Il y a d’autres gaz présents en faibles quantités dans les panaches volcaniques. Eux aussi peuvent fournir des informations préciueses sur le comportement d’un volcan. Pour mesurer ces gaz mineurs tels que le chlore, le fluor et l’hélium, les géochimistes utilisent des méthodes à distance et sur le terrain.
De nombreux gaz volcaniques absorbent le rayonnement infrarouge ; en conséquence, pendant les éruptions, le HVO peut utiliser la télédétection de l’énergie infrarouge émise par la lave. Un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) détecte différentes longueurs d’onde infrarouge et mesure leur absorption par de nombreux gaz simultanément. Cela fournit de nombreux ratios de gaz qui aident à comprendre les processus de dégazage lors des éruptions.
Une autre façon de mesurer plusieurs gaz volcaniques à la fois est de les collecter dans une bouteille de l’envoyer au laboratoire pour analyse. Pour cela, les scientifiques utilisent une bouteille spéciale [NDLR : avec le vide à l’intérieur] équipée s »un tube que l’on introduit dans une fumerolle. Ce type d’échantillonnage est actuellement effectué une fois tous les trois mois au niveau des Sulphur Banks dans le Parc National des Volcans d’Hawaï pour contrôler sur le long terme l’évolution de la chimie du gaz.
Ce travail suppose l’utilisation d’un grand nombre d’instruments. C’est pour ce la que l’équipe de géochimistes travaille en étroite collaboration avec les techniciens du HVO et les informaticiens pour s’assurer que tout  cetéquipement fonctionne correctement.
Source: USGS / HVO.

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After the geodesists, the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) esplians the part played by geochemists in analysing the behaviour of Kilauea Volcano.

Volcanic gases give clues about volcanic processes, even when no lava is erupting. Ratios of escaped gases like carbon dioxide (CO2) and sulphur dioxide (SO2) can tell scientists about magma depth. The total amount of SO2 released also reflects the amount of magma or lava that is degassing.

HVO geochemists use a variety of methods to track gas emissions from Mauna Loa and Kilauea, including direct measurements and remote techniques. One of the most frequent measurements is the SO2 emission rate, in order to know how many tonnes are emitted per day. For this, geochemists drive or walk under the gas plume with an ultraviolet spectrometer. SO2 absorbs ultraviolet light, so when more SO2 is present overhead, less ultraviolet light reaches the spectrometer. These measurements are currently made once every 2-4 weeks, whereas during the 2018 eruption, they were made at least every other day. When Kīlauea’s summit lava lake was present, HVO had a network of spectrometers that calculated the SO2 emission rate every few seconds.

Another measurement geochemists rely on is the ratio of CO2 to SO2. The relative amounts of those gases give information about the depth of magma. CO2 does not absorb ultraviolet light like SO2, so scientists measure CO2 directly. To do this, they use sensors placed right in the volcanic gas. For instance, an instrument called “MultiGas” pumps in gas and determines concentrations of CO2, SO2, H2S and water vapour. The job is then to calculate their ratios and track changes that might indicate magma rising within the volcano.

There are three types of MultiGas at HVO: 1) permanent stations on Kilauea and Mauna Loa that send data to HVO in real-time: 2) a portable MultiGas, which is the size of a large briefcase and allows to check gas chemistry in many places; 3) a miniaturized MultiGas mounted on a drone to measure gas in hazardous or inaccessible sites.

There are additional gases in volcanic plumes that are not present in large amounts but still provide information about volcanic behaviour. To measure those minor gases, including chlorine, fluorine, and helium, geochemists use remote and direct methods.

Many volcanic gases absorb infrared radiation, so during eruptions HVO can use remote sensing of infrared energy emitted by lava. A Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometer detects different wavelengths of infrared and measures absorption by numerous gases simultaneously. This provides many gas ratios that help to understand degassing processes during eruptions.

Another way to measure multiple volcanic gases at once is to collect a bottle of gas and send it to the lab for chemical analysis. For this, scientists use a special glass bottle with tubing inserted into a fumarole. This kind of sampling is currently done once every three months at Sulphur Banks in Hawaii Volcanoes National Park to track long-term changes in gas chemistry.

That’s a lot of instrumentation, so the gas geochemistry team works closely with HVO technicians and IT specialists to make sure that all the equipment functions properly.

Source: USGS / HVO.

Panache de gaz au-dessus du lac de lave du Kilauea

Sulphur Banks, dans le Parc des Volcans d’Hawaii

(Photos: C. GRandpey)

 

Une éruption du Taal pourrait affecter la production d’énergie // A Taal eruption might affect energy production

Les autorités philippines craignent qu’une violente éruption du Taal perturbe le fonctionnement des centrales électriques ainsi que des installations pétrolières et gazières dans la province de Batangas. Outre la vulnérabilité des turbines des centrales électriques aux importantes retombées de cendre, la sensibilité des installations énergétiques à la sismicité intense suscite également des inquiétudes.
Si nécessaire, le Ministère de l’Énergie devra immédiatement proposer des plans d’urgence. La province de Batangas abrite sept centrales électriques d’une capacité installée de 4 305 mégawatts, soit un tiers de la capacité de production d’énergie de l’île de Luzon.
Pour le moment, le complexe énergétique fonctionne normalement et sans interruption, mais les retombées de cendre et l’accumulation de cette dernière peuvent endommager les turbines à gaz des centrales, ce qui pourrait affecter leur capacité à fournir de l’énergie.
Pilipinas Shell Petroleum Corp., qui exploite une raffinerie de pétrole de 110 000 barils par jour dans la ville de Batangas, indique que ses installations fonctionnent «normalement», mais que la compagnie reste »vigilante ».
Phoenix Petroleum Philippines Inc. exploite également un terminal pétrochimique à Calaca. Le PHIVOLCS a indiqué qu’une série de séismes volcaniques a frappé Calaca qui se trouve juste à l’extérieur de la zone de danger de 14 kilomètres autour du Taal.

Source : Manila Bulletin.

Vous verrez ci-dessous trois cartes montrant (point bleu) l’emplacement du volcan Taal aux Philippines. Vous pouvez zoomer pour observer les régions susceptibles d’être affectées par une éruption La carte originale est à cette adresse:
https://en.wikipedia.org/wiki/Taal_Volcano#/map/0

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Dernières nouvelles: Au cours des dernières heures, l’activité du volcan Taal s’est manifestée par l’émission de panaches de vapeur au niveau du cratère principal (Main Crater). Cependant, plusieurs paramètres montrent que le magma est toujours en mouvement sous le volcan. Tout d’abord, la sismicité reste très intense. Le PHIVOLCS indique que depuis le 12 janvier 2020 à 13 heures, 701 séismes d’origine volcanique ont été enregistrés. Au cours des dernières 24 heures, le réseau sismique autour du Taal a enregistré 673 séismes volcaniques, dont 12 événements basse fréquence.

Une autre preuve que le magma s’agite sous le volcan en provoquant une inflation de l’édifice réside dans les fissures mentionnées précédemment qui se sont élargies de quelques centimètres. De nouvelles fissures sont également apparues.
La prévision volcanique ne peut pas aller plus loin. Personne ne sait si et quand une éruption majeure aura lieu et, si elle a lieu, personne ne peut dire quelle sera son envergure.
En attendant, le niveau d’alerte 4 reste en vigueur sur le Taal.
Source: PHIVOLCS.

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Philippine authorities fear that a powerful eruption of Taal Volcano might disrupt the operations of vital power plants as well as oil and gas installations in Batangas. Apart from the vulnerability of power plant turbines to severe ashfall, there are also concerns about the sensitivity of fuel facilities in the province to the intense seismicity.

If needed, the Department of Energy should immediately come up with contingency plans. Batangas houses seven power plants with an aggregate installed capacity of 4,305 megawatts, or one-third of Luzon’s power generating capacity.

For the time being, the operations of the energy complex remain uninterrupted,  but the accumulating ashfall has the potential to cause damage to the plants’ gas turbines, which in turn could affect their ability to deliver power.

Pilipinas Shell Petroleum Corp., which operates a 110,000-barrel per day oil refinery in Batangas City, had described as “normal” its business operations, while it “remains alert.”

Phoenix Petroleum Philippines Inc. also runs a petrochemicals terminal in Calaca. PHIVOLCS said a series of volcanic quakes struck Calaca, which lies just outside the designated 14-kilometer danger zone around Taal.

Source: Manila Bulletin.

You will see below three maps showing (blue dot) the location of Taal Volcano in the Philippines. You can zoom in to observe the regions that may be affected by an eruption The original map is at this address:

https://en.wikipedia.org/wiki/Taal_Volcano#/map/0

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Latest news: During the past hours, activity at Taal volcano was still characterized by weak emission of steam-laden plumes from the Main Crater. However, several parameters show that magma is still moving beneath the volcano. First of all, seismicity is still very intense. PHIVOLCS indicates that since January 12th, 2020, 701 volcanic earthquakes have been recorded. In the last 24 hours, the Taal Volcano Network has recorded 673 volcanic earthquakes, including 12 low-frequency earthquakes.

Another evidence that magma is moving beneath the volcano and inflating it lies with the fissures mentioned in previous posts which have been observed to widen by a few centimetres. New cracks have also appeared.

Volcanic prediction cannot go any further. Nobody knows if or when a major eruption will take place and, if it takes place, no one can say how important it will be.

Meantime, alert level 4 remains in effect over Taal Volcano.

Source: PHIVOLCS.

Source: Google Maps

Kilauea (Hawaii) : Dans le sillage de l’éruption de 2018…// Kilauea (Hawaii): In the wake of the 2018 eruption…

Aujourd’hui, pour la première fois depuis plus de trois décennies, le Kilauea n’est pas en éruption. Au sommet du volcan, l’activité sismique est faible et la majeure partie du Parc National fonctionne normalement. La lave ne coule plus et la pollution atmosphérique causée par le volcan – le célèbre vog – est à son niveau le plus bas depuis le début des années 1980.
Cependant, comme je l’écrivais dans une note précédente, le danger n’a pas totalement disparu de certaines zones à proximité des fissures éruptives de 2018. Bien que la lave ne coule plus, de la chaleur résiduelle et de petites quantités de gaz continuent de s’échapper des fissures au fur et à mesure que la roche encore très chaude en profondeur continue de se refroidir. Lorsque de nouvelles fissures s’ouvrent suite au refroidissement du magma, l’eau de pluie s’infiltre dans les zones de chaleur résiduelle et génère des panaches de vapeur ainsi que de petites quantités de gaz. À l’heure actuelle, les zones situées immédiatement à proximité et à l’ouest de la Highway 130 sont particulièrement affectées par cette chaleur et cette vapeur résiduelles. Ces zones de température élevée peuvent migrer tandis que se poursuivent le refroidissement et le mouvement des eaux souterraines.
Dans les zones où se forme la vapeur, à proximité et en amont des fissures désormais inactives, on enregistre des niveaux légèrement élevés de sulfure d’hydrogène (H2S) et de dioxyde de carbone (CO2). Ces gaz sont le plus souvent libérés par le magma en cours de refroidissement, mais ils sont aussi produits par la décomposition de matières organiques ou, dans le cas du CO2, par la végétation qui se consume lentement.
Ainsi, une partie du H2S et du CO2 est probablement générée par les températures plus élevées qui affectent les plantes dans la Lower East Rift Zone. Il est important de noter que les concentrations actuelles de H2S sont inférieures au seuil minimum de détection des instruments qui est de 0,5 partie par million (ppm). On peut généralement percevoir l’odeur d’œuf pourri du H2S à des concentrations beaucoup plus faibles, allant de 0,0005 à 0,3 ppm.
Sur la base du seuil olfactif, le niveau de nuisance du H2S à Hawaii a été fixé à 0,025 ppm. Les symptômes négatifs de l’exposition au H2S ne surviennent que lorsque les concentrations sont bien supérieures à ce niveau. Selon les services de santé, une exposition prolongée à 2-5 ppm de H2S peut provoquer des maux de tête, une irritation des yeux, des nausées ou des problèmes respiratoires chez certaines personnes asthmatiques. C’est plusieurs fois les concentrations actuellement mesurées près des sources de H2S dans la LERZ.
Les concentrations de dioxyde de carbone dans certaines zones de panaches de vapeur dans la LERZ sont supérieures à la concentration atmosphérique de base qui est de 412 ppm. L’air dans une salle de réunion avec beaucoup de monde peut souvent dépasser 1 000 ppm de CO2. En revanche, les concentrations maximales de CO2 mesurées dans la LERZ sont bien inférieures à ce niveau. Les services de santé ont établi une limite d’exposition au CO2 de 5 000 ppm en moyenne pour une journée de travail de 8 heures.
En se basant sur l’historique d’éruptions précédentes, les températures élevées et les panaches de vapeur devraient persister dans la LERZ pendant de nombreuses années. L’éruption de 1955 dans cette zone continue à générer des phénomènes externes depuis plus de 60 ans. Certaines sources de vapeur sont utilisées comme saunas naturels. Au début des années 1990, une température de 51°C avait été enregistrée dans une ancienne bouche éruptive de 1955, mais aucun gaz volcanique chargé de soufre tel que le H2S n’avait été détecté.
Les éruptions dans la LERZ en 1955 et 2018 montrent certains points communs, mais il est impossible de déterminer exactement où et pendant combien de temps la chaleur persistera et les émissions de vapeur se poursuivront. Quoi qu’il en soit, l’activité de surface liée à l’intrusion magmatique de 2018 va commencer son long et lent déclin.
Source: USGS / HVO.

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Today, for the first time in over three decades, Kilauea is not erupting. At the summit of the volcano, earthquake activity is low, and most of the National Park is open for business. No lava is flowing anywhere on Kilauea, and volcanic air pollution on the island is the lowest it has been since the early 1980s.

However, as I put it in a previous post, there are lingering dangers in some areas near the 2018 eruptive fissures. Although lava is no longer erupting, residual heat and small amounts of gas continue to escape from ground cracks and vents as subsurface molten rock continues to cool. As small new cracks open in response to magma cooling, groundwater infiltrates areas of remaining heat, releasing steam and small amounts of gases. Currently, areas adjacent to and west of Highway 130 are particularly impacted by this residual heat and steam. These areas of elevated temperature may migrate, as cooling and groundwater movement continue.

In steaming areas near and uprift of the now inactive fissures, slightly elevated levels of hydrogen sulfide (H2S) and carbon dioxide (CO2) gases have been detected. While these gases may be released from cooling magma, they are also generated by decaying organic matter, or, in the case of CO2, from burning or smoldering vegetation.

Thus, some portion of the H2S and CO2 is likely generated from the increased temperatures affecting plants in the area. Importantly, current H2S concentrations are below the minimum detection level of volcanic gas monitoring instruments, which is 0.5 parts per million (ppm). People can usually smell the rotten egg odour of H2S at much lower concentrations, ranging from 0.0005 to 0.3 ppm.

Based on the odour threshold, Hawaii has set a nuisance level for H2S at 0.025 ppm. However, negative symptoms of H2S exposure do not occur until concentrations are well above this level. According to the health services, prolonged exposure to 2-5 ppm H2S may cause headaches, eye irritation, nausea or breathing problems in some asthmatics. This is many times the concentrations currently measured near the LERZ thermal features.

Carbon dioxide concentrations in some LERZ steaming areas are elevated above the background atmospheric concentration of 412 ppm. While the air in a crowded meeting room can frequently exceed 1,000 ppm CO2, maximum concentrations measured in the LERZ are well below this level. Health services have established an exposure limit for CO2 of 5,000 ppm averaged over an 8-hour work day.

Based on the history of previous eruptions, elevated temperatures and steam are likely to persist in the area for many years. The 1955 LERZ eruption produced thermal features that have been active for over 60 years, some of which are used as natural saunas. Even in the early 1990s, a temperature of 51°C was measured in a 1955 vent, but no volcanic sulfur gases such as H2S were detected.

The 1955 and 2018 LERZ eruptions share some similarities, but exactly where and how long heating and steaming will continue for any area is impossible to determine. Eventually, however, lingering surface activity related to the 2018 intrusion will begin its long, slow decline.

Source : USGS / HVO.

Les bouches de vapeur [steam vents] font partie des attractions touristiques du Kilauea (Photos: C. Grandpey)

Nouvelles du Kilauea et du Mauna Loa (Hawaii) // News of Kilauea and Mauna Loa (Hawaii)

Voici les dernières nouvelles du Kilauea et du Mauna Loa diffusées par le HVO :

Tout est calme sur la Grande Ile d’Hawaii en ce moment. Le Kilauea n’est pas en éruption et le niveau d’alerte est maintenu à NORMAL. Les déformations de l’édifice volcanique ainsi que les émissions de gaz et la sismicité n’ont pas beaucoup changé au cours de la semaine écoulée. La déformation du sommet du Kilauea traduit une lente accumulation du magma dans la partie superficielle du système magmatique sommital. Toutefois, les mesures de gaz n’indiquent pas que le magma est en train de monter vers la surface. La déformation de l’East Rift Zone du Kilauea entre le Pu’O’o et la Highway130 montre une inflation correspondant au lent  remplissage du réservoir magmatique profond. Le flanc sud de Kilauea continue de glisser lentement vers l’océan suite au séisme de M 6,9 qui s’est produit le 4 mai 2018 près de Kalapana.
Les émissions de SO2 sont faibles au sommet et inférieures aux limites de détection sur le Pu’uO’o et dans la  Lower East Rift Zone (LERZ).
Des dangers restent toutefois présents le long de la LERZ et au sommet du Kilauea. Les habitants et les touristes qui s’approchent des fractures ouvertes lors de l’éruption de 2018, des coulées de lave et de la zone d’effondrement du sommet doivent respecter les interdictions d’accès et les panneaux de mise en garde. Les coulées de lave de 2018 sont pour la plupart sur des propriétés privées, et les visiteurs sont priés de ne pas entrer ou se garer sur celles-ci.

Le niveau d’alerte du Mauna Loa est passé à ADVISORY (surveillance recommandée) le 2 juillet 2019, car depuis plusieurs mois, la sismicité et les niveaux de déformation du sol sur le volcan se situent au-dessus de la normale. Cette élévation du niveau d’alerte ne signifie pas qu’une éruption est imminente. Une augmentation semblable de l’activité a été observée entre 2014 et 2018 et aucune éruption n’est survenue. Au cours de la semaine écoulée, environ 43 séismes de faible magnitude (moins de M 2.0) ont été enregistrés sous le sommet et dans la partie supérieure de la zone de rift sud-ouest, contre environ 80 secousses dans ce secteur la semaine précédente. Les mesures de déformation montrent une inflation continue du sommet, révélatrice du lent remplissage de la chambre magmatique superficielle.  Aucun changement significatif n’a été détecté dans les émissions de gaz de la zone de Rift Sud-Ouest. La température des fumerolles dans ce secteur et au sommet reste inchangée.
Source: USGS / HVO.

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Here is the latest news of Kilauea and Mauna Loa released by HVO:

Everything is quiet at Hawaii Big Island these days. Kilauea is not erupting and the alert level remains at NORMAL. Rates of deformation, gas release and seismicity have not changed significantly over the past week. Kilauea summit deformation has been consistent with slow magma accumulation within the shallow portion of the summit magma system, but gas measurements have not indicated significant shallowing of magma. Kilauea’s East Rift Zone deformation continues to show motions consistent with slowed refilling of the deep magmatic reservoir in the broad region between Pu’O’o and Highway 130. The south flank of Kilauea continues to creep seaward following the May 4th, 2018  M 6.9 earthquake near Kalapana.

SO2 emission rates are low at the summit and below detection limits at Pu’uO’o and the Lower East Rift Zone (LERZ).

Hazards remain at the LERZ and summit of Kilauea. Residents and visitors near the 2018 fissures, lava flows and summit collapse area should respect closures and warnings. The 2018 lava flows are primarily on private property, and people are asked not yo enter or park on private property.

The alert level for Mauna Loa was changed to ADVISORY on July 2nd, 2019, because, for the past several months, earthquake and ground deformation rates at the volcano have exceeded long-term background levels. This increase in alert level does not mean that an eruption is imminent. A similar increase in activity was observed between 2014 and 2018 and no eruption occurred. During the past week, approximately 43 small-magnitude earthquakes ( (less than M2.0) were recorded beneath the summit and upper Southwest Rift Zone, compared to about 80 earthquakes in this region the week before. Deformation measurements show continued summit inflation, suggestive of recharge of the volcano’s shallow magma storage system. No significant changes in volcanic gas release on the Southwest Rift Zone were measured, and fumarole temperatures there and at the summit remain unchanged.

Source: USGS / HVO.

Sommet du Mauna Loa (Photos: USGS, C. Grandpey)

 

La pollution du Kilauea à Hawaii // The pollution of Kilauea Volcano in Hawaii

La fin de l’éruption du Kilauea en septembre 2018 s’est accompagnée d’une diminution considérable de la quantité de dioxyde de soufre (SO2) émis par le volcan. Cela a permis de pouvoir bénéficier à nouveau d’un ciel magnifique au-dessus de la Grande Ile d’Hawaï, en particulier dans sa partie ouest où la pollution volcanique connue sous le nom de vog avait été régulièrement observée au cours des dernières années.
Au plus fort de l’éruption dans la Lower East Rift Zone (LERZ) en 2018, alors que les émissions de gaz volcaniques et la pollution étaient à leur plus haut niveau, une équipe scientifique a travaillé en relation avec le HVO et les services sanitaires de l’État d’Hawaï pour étudier le niveau de pollution de l’air générée par l’éruption.
Les chercheurs ont échantillonné des particules volcaniques et des gaz le long de la LERZ, en particulier au niveau de la Fracture n°8, de l’entrée de la lave dans l’océan et sur divers sites sous le vent. Pour déterminer la nature et la composition de la pollution volcanique, des échantillons ont été prélevés par aspiration de l’air à travers des filtres, au niveau du sol et de l’air, et à l’aide de drones.
Les particules minuscules déposées sur les filtres ont ensuite été analysées en laboratoire pour en déterminer la composition chimique et ont été observées à l’aide d’un puissant microscope électronique à balayage (MEB) pour déterminer la composition des particules individuelles. D’autres instruments ont déterminé le nombre ou le poids de particules de différentes tailles que l’on associe à différents impacts sur la santé dans des études sur la pollution d’origine humaine. Les échantillons ont été analysés pour en déterminer le pH et les principaux composants, notamment le sulfate, le fluorure et le chlorure, ainsi que des métaux traces, tels que le plomb et l’arsenic.
Ces analyses ont ciblé les espèces chimiques présentes dans les panaches volcaniques. Le panache du Kilauea est composé principalement de vapeur d’eau, de dioxyde de carbone (CO2), de dioxyde de soufre (SO2) et de quantités plus faibles d’autres gaz, notamment de chlorure d’hydrogène (HCl) et de fluorure d’hydrogène (HF). Le SO2 réagit dans l’atmosphère au fil du temps pour former de minuscules particules de sulfate acides et neutres, qui constituent un élément majeur de la pollution volcanique à Hawaii. De petites quantités de métaux toxiques ont également été trouvées dans les panaches de gaz volcaniques émis par les bouches éruptives du Kilauea.
La campagne d’échantillonnage de gaz et de particules effectuée au cours de l’été 2018 a permis d’examiner dans quelle mesure les éléments traces, tels que les métaux, varient avec la distance, dans le panache du Kilauea. Il a été constaté que la quantité de ces éléments était très variable et ne dépendait pas uniquement de la distance entre le panache et la source de l’éruption. La plupart des particules avaient un diamètre inférieur à 2,5 microns, une taille suffisamment petite pour pénétrer profondément dans les poumons.
Les résultats de l’étude corroborent également les observations précédentes concernant la transformation chimique du SO2 gazeux en particules. Les zones éloignées de la source des émissions gazeuses, comme la côte de Kona, sur la Grande Ile d’Hawaii, présentaient de fortes concentrations de particules, car une grande partie du SO2 s’était transformée en particules en se déplaçant sous le vent. Les normes de qualité de l’air ambiant concernant le SO2 et les particules ont été dépassées à divers endroits sur l’île au cours des trois mois de l’éruption dans la LERZ.
Contrairement à l’été 2018 et la forte intensité de l’éruption, le calme qui rège actuellement sur le Kilauea offre une excellente occasion d’étudier la qualité de l’air ambiant. Cela va permettre aux scientifiques mesurer la différence entre la pollution anthropique, telle que les gaz d’échappement des véhicules, et la pollution volcanique. Comprendre la contribution de la pollution d’origine humaine est important sur une île où la population ne cesse d’augmenter.
Pour étudier cette pollution anthropique, l’équipe scientifique envisage de revenir pendant l’été 2019 échantillonner l’air dépourvu de la contribution volcanique, en utilisant le même équipement et les mêmes sites d’échantillonnage. Les mesures effectuées «avant» et «après» l’éruption permettront d’isoler l’empreinte chimique des particules volcaniques. Cela améliorera notre compréhension des effets potentiels des panaches volcaniques sur la santé, l’environnement et les écosystèmes.
Source: USGS / HVO.

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The end of Kilauea’s 2018 eruption this past September was accompanied by an enormous decrease in the amount of sulphur dioxide (SO2) emitted from the volcano. This has led to beautifully clear skies above the Island of Hawaii, especially on the west side, where the volcanic pollution known as vog was regularly observed in past years.

During the peak of the 2018 Lower East Rift Zone (LERZ) eruption, when the volcanic emissions and vog were both much stronger, a team of academic researchers worked with the Hawaiian Volcano Observatory and the Hawaii State Department of Health to study the intense air pollution generated by the eruption.

The researchers sampled volcanic particles and gases at the LERZ Fissure 8 vent, the ocean entry, and various downwind sites. To determine the nature and composition of the volcanic pollution, samples were collected by pumping air through filters, from the ground and from the air using drones.

The tiny particles captured on the filters were then analyzed in the laboratory for chemical composition and imaged using a powerful Scanning Electron Microscope (SEM) to determine the composition of individual particles. Other instruments determined the number or weight of particles of various sizes, which are associated with different health impacts in studies of human-caused pollution. The samples were analyzed for pH, major components including sulphate, fluoride, and chloride; and trace metals, such as lead and arsenic.

These analyses targeted chemical species that are present in volcanic plumes.  Kilauea’s plume is composed primarily of water vapour, carbon dioxide (CO2), sulphur dioxide (SO2), along with smaller amounts of other gases, including hydrogen chloride and hydrogen fluoride. SO2 reacts in the atmosphere over time to form tiny acidic and neutral sulphate particles, which are a major component of volcanic pollution in Hawaii. Small amounts of toxic metals have also been found in the volcanic gas plumes emitted from Kilauea’s vents.

The summer 2018 gas and particle sampling campaign was the first effort to look at how trace elements, such as metals, change over distance in the Kilauea plume. It was found that the amount of these elements was highly variable but was not solely predicted by the distance of the plume from the vent. Most of the particles were less than 2.5 micron in diameter, small enough to penetrate deep into the lungs.

The study’s findings also support previous observations regarding the chemical conversion of SO2 gas to particles. Areas far from the gas source, such as along Hawaii Island’s Kona coast, had high particle concentrations since much of the SO2 gas had converted to particles as it travelled downwind. Ambient air quality standards for both SO2 gas and particles were exceeded at various locations on the island during the three months of the LERZ eruption.

In contrast to the summer 2018, Kilauea’s current lull in activity provides an excellent opportunity to study background air quality. This can help scientists distinguish between anthropogenic pollution, such as traffic exhaust, and volcanic pollution. Understanding the contribution of human-made pollution is important on an island with a growing population.

To address the characterization of anthropogenic pollution, the same research team plans to return this coming summer to sample the background air without the volcanic contribution, using the same equipment and sampling sites. The “before” and “after” snapshots will help to isolate the chemical fingerprint of the volcanic particles. This will improve our understanding of the potential health, environmental, and ecosystem effects of volcanic plumes.

Source : USGS / HVO.

Emissions gazeuses dans l’Halema’uma’u pendant l’éruption du Kilauea (Photos: C. Grandpey)

Le CO2 du Kilauea (Hawaii) // Kilauea’s CO2 (Hawaii)

Avec la fin de l’éruption du Kilauea, les habitants de Big Island peuvent respirer plus facilement, sans être importunés par le vog, ce brouillard volcanique provoqué par les émissions de dioxyde de soufre (SO2).
Malgré tout, en raison de l’activité volcanique récente, on perçoit encore parfois des odeurs de soufre sur l’île, mais c’est le gaz carbonique, ou dioxyde de carbone (CO2) qui intéresse à présent les géochimistes du HVO.
Le CO2 est émis en abondance au cours d’une éruption, en même temps que les gaz sulfureux, la vapeur d’eau et des quantités infimes d’autres gaz tels que le chlorure d’hydrogène, le fluorure d’hydrogène et l’hélium. Ce qui est intéressant avec le CO2, c’est qu’il peut donner des indications précieuses sur la profondeur à laquelle se trouve le magma.
Pour expliquer comment se comporte le CO2, les géologues font souvent une comparaison avec une bouteille de boisson gazeuse dans laquelle un seul gaz (le CO2) est dissous. Ce CO2 reste dissous tant que la bouteille est fermée car elle crée suffisamment de pression pour maintenir le gaz dans le liquide. Dès que la bouteille est ouverte, la pression diminue et le CO2 crée des bulles qui s’échappent dans l’atmosphère.
Contrairement à l’eau gazeuse, le magma contient de nombreux gaz différents les uns des autres et qui ne se comportent pas tous de la même manière. Avec la boisson gazeuse, une diminution de la pression suffit à libérer tout le gaz, mais avec le magma, des degrés de diminution de pression différents entraînent la libération de gaz différents.
Dans la mesure où la pression exercée sur le magma est créée par le poids de la terre qui se trouve au-dessus, plus le magma est profond, plus il est soumis à une pression élevée. À mesure que le magma s’élève à des profondeurs moindres, il est soumis à une moindre pression et différents gaz peuvent alors s’échapper en cours de route.
Lorsque le magma est peu profond ou atteint la surface, la pression exercée est assez faible de sorte que le SO2 peut facilement s’échapper, ce qui explique la formation du vog mentionné précédemment. Lorsque le magma est plus profond, comme c’est le cas actuellement sur le Kilauea, la pression est suffisante pour maintenir le SO2 dissous. Cependant, comme le CO2 est moins soluble que le SO2 dans le magma, il peut s’échapper même lorsque le magma est profond et que la pression est élevée. C’est pourquoi, même sans coulées de lave à la surface, le Kilauea émet actuellement du CO2. Il est important de noter que ces quantités sont très faibles à côté des émissions anthropiques. C’est ce CO2 qui, associé aux faibles quantités de gaz sulfureux encore émises, peut fournir des indications sur la profondeur du magma sous le Kilauea.
Comme le CO2 peut s’échapper même lorsque le magma est profond alors que le SO2 reste dissous jusqu’à ce qu’il s’approche de la surface, le magma plus profond produit un rapport CO2 / SO2 plus élevé.. C’est ce rapport CO2 / SO2 que les géochimistes utilisent généralement comme indication de la profondeur du magma.
Le magma profond peut commencer avec un rapport CO2 / SO2 élevé, mais ce rapport va diminuer eu fur et à mesure que le magma va se déplacer vers la surface et que de plus en plus de SO2 commencera à s’échapper. En conséquence, si les scientifiques sont capables de mesurer le rapport CO2 / SO2 du Kilauea au fil du temps, toute variation dans ce rapport peut leur indiquer si le magma est en train de remonter dans le système d’alimentation du volcan.
La mesure précise du rapport CO2 / SO2 dans le panache de gaz volcanique n’est pas chose aisée à cause de la quantité importante et variable de CO2 qui existe déjà dans l’atmosphère. Sur le Kilauea, la situation est encore plus complexe à cause des événements d’effondrement qui ont remodelé la caldeira sommitale et endommagé les routes et autres moyens d’accès aux zones de dégazage.
Tant que durera la phase d’inactivité du Kilauea, les géochimistes du HVO exploreront de nouvelles techniques de mesure du rapport CO2 / SO2, notamment grâce à l’installation de capteurs multi-gaz au sommet du volcan et à l’utilisation de capteurs de gaz montés sur des drones. Le but de cette collecte de données est de mieux comprendre les changements susceptibles d’indiquer une reprise d’activité du volcan.
Source: USGS / HVO.

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With the end of the Kilauea eruption, Big Island residents can breathe more freely and are no loger disturbed by the vog, or volcanic smog, produced by voluminous sulphur dioxide (SO2) emissions.

Because of the recent volcanic activity, sulphur smells are still sometimes detected around the island, but carbon dioxide (CO2) is the other gas that is interesting HVO geochemists these days.

CO2 is a significant volcanic emission, along with sulphur gases, water vapour, and trace amounts of other gases, such as hydrogen chloride, hydrogen fluoride, and helium. What is interesting about CO2 is that it can give clues about the depth of magma.

To explain the behaviour of CO2, geologits often make a comparison with a bottle of soda, which has only one gas (CO2) dissolved in it. This CO2 stays dissolved as long as the bottle is sealed, because the bottle creates enough pressure to keep the CO2 in the liquid. As soon as the bottle is opened, pressure on the liquid decreases and the CO2 creates bubbles that escape to the atmosphere.

Unlike soda, magma has many different gases dissolved in it, and they do not all behave the same way. With soda, one pressure decrease is enough to release all the gas from it, but with magma, different degrees of pressure decrease result in the release of different gases.

Since pressure on magma is created by the weight of the earth above it, the deeper magma is, the higher the pressure it feels. As magma rises to shallower depths, it feels lesser amounts of pressure and different gases are able to escape along the way.

When magma is shallow or actually reaches the surface, the pressure on it is quite low, so SO2 can easily escape, leading to the above menyioned vog. When magma is deeper, as is the case now, there is enough pressure to keep the SO2 dissolved. However, CO2 is less soluble than SO2 in magma and can escape even when magma is deep and the pressure is high. This is why, even with no lava erupting at the surface, Kilauea is currently producing CO2. It is important to note that these amounts are very small compared to anthropogenic CO2 emissions. It is this CO2, in conjunction with the small amounts of sulphur gases still being emitted, that can provide clues to how deep Kilauea’s magma is.

Because CO2 can escape even when magma is deep but SO2 mostly stays dissolved until the magma is shallow, deeper magma produces a high ratio of CO2 to SO2. Geochemists typically use this CO2/SO2 ratio as an indication of magma depth.

Deep magma may begin with a high CO2/SO2 ratio, but that ratio will drop as magma moves to shallower depths and more SO2 begins to escape. Therefore, if scientists can measure Kilauea’s CO2/SO2 ratio over time, any changes in it can tell them whether magma is once again rising through the system.

The difficulty lies with the measurement of the CO2/SO2 ratio. Accurately measuring the CO2/SO2 ratio in volcanic gas is tricky because of the large and variable amount of CO2 that already exists in the atmosphere. At Kilauea, the situation is further complicated by collapse events that rearranged the summit caldera and damaged roads and other means of access to degassing areas.

As the current phase of inactivity at Kilauea continues, gas geochemistry scientists at HVO will explore new techniques for measuring the CO2/SO2 ratio, including the installation of multi-gas sensors at the volcano’s summit and the use of gas sensors mounted on unmanned aerial systems (UAS). The goal in collecting such gas data is to document changes that could eventually indicate an increased likelihood of renewed activity at Kilauea.

Source: USGS / HVO.

Pendant de longs mois, le vog a perturbé la vie des Hawaiiens.

Différents gaz sont émis pendant l’éruption du Kilauea…

(Photos: C. Grandpey)

Les détecteurs multi-gaz font partie des instruments utilisés sur les volcans.

Navires pollueurs (suite)

On peut lire aujourd’hui sur le site web de la radio France Info un article qui attire l’attention sur la pollution générée par les navires, commerciaux et de croisière, à quai dans le port de Toulon (Var). Pour la plupart, il s’agit de ferries qui relient le continent à la Corse, à Majorque ou à la Sardaigne. Ils accostent souvent tôt le matin et repartent tard le soir en laissant tourner leurs moteurs entre deux rotations pour assurer l’électricité à bord. Cette situation génère une importante pollution et les habitants décrivent un air rendu parfois « irrespirable » à cause de la fumée dégagée par les navires. Ces derniers sont de gros consommateurs de carburant. Pour un navire de croisière moyen, la consommation de carburant est d’environ 700 litres par heure lorsqu’il est à quai. De ce fait, les bateaux engendrent une augmentation de la quantité de dioxyde d’azote et d’oxyde de soufre dans l’air. Lorsque les bateaux sont à quai, la pollution au dioxyde d’azote grimpe de 29 à 43 parties par milliard (ppb), soit d’environ 58 à 86 microgrammes par mètre cube, des chiffres au-dessus de la norme annuelle pour la protection de la santé humaine, fixée à 40 microgrammes par mètre cube. Les cheminées de navires émettent par ailleurs des particules qui expliquent l’empoussièrement dont font état les riverains. Selon l’association France nature Environnement, chaque année en Europe, les émissions du transport maritime causent près de 60 000 morts et coûtent 58 milliards d’euros aux services de santé.

La solution à ce type de pollution est bien connue et déjà testée à Marseille : l’électrification des quais. Branchés à l’électricité de la ville, les navires peuvent ainsi couper les moteurs une fois à quai et supprimer la quasi-totalité des émissions polluantes. Le port de Toulon, en plein cœur de la ville et très proche des habitations, n’est pas encore équipé pour des raisons financières et techniques. D’autres solutions sont toutefois à l’étude pour tenter d’enrayer cette pollution, comme l’électrification des quais avec une électricité renouvelable.

J’ai abordé le problème des navires pollueurs dans une note publiée dans ce blog le 8 juillet 2017. J’y abordais les problèmes engendrés par le nouveau trafic maritime suite à l’ouverture des passages du nord-est et du nord-ouest. La fonte de la glace à cause du réchauffement climatique est en passe d’ouvrir de nouvelles voies de navigation dans cette partie du monde, avec tous les risques de pollution que cela ne manquera pas de générer. L’article se trouve à cette adresse :

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2017/07/08/navires-pollueurs-une-menace-pour-larctique-et-la-sante-polluting-ships-a-threat-to-the-arctic-and-human-health/

En rouge, le nouveau Passage du Nord-Est

Navire de croisière dans le port de Juneau (Alaska) [Photo: C. Grandpey]