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Colorimétrie de la pièce d’eau de l’Halema’uma’u (Hawai) // Colorimetry of Halema’uma’u’s water pond (Hawaii)

Aujourd’hui, le Kilauea n’est plus en éruption. Sans coulées de lave à étudier, les scientifiques du HVO se tournent désormais vers la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u. Cela fait maintenant 15 mois que des eaux souterraines chaudes s’infiltrent dans le cratère d’effondrement apparu suite à l’évacuation du lac de lave et d’une partie de la chambre magmatique sommitale en 2018. Étant donné que le fond du cratère d’effondrement et la pièce d’eau sont physiquement inaccessibles, le HVO utilise des techniques à distance pour surveiller cet environnement changeant et potentiellement dangereux. Le HVO utilise des drones pour collecter des échantillons d’eau et les analyses chimiques donnent une idée de leur composition. Des caméras conventionnelles et thermiques surveillent en permanence la surface du lac et les fumerolles tout autour. Le LiDAR (Light Detection and Ranging) permet d’analyser l’évolution de la morphologie du lac. Un modèle numérique de terrain (MNT) est intégré aux mesures du niveau d’eau pour calculer la profondeur, le volume et le débit du lac. Ces ensembles de données quantitatives sont complétés par les comptes rendus écrits fournis par les scientifiques du HVO. Lorsque la pièce d’eau a été observée pour la première fois, c’était une mare de couleur turquoise à l’aspect laiteux. Plus tard sont apparues des teintes jaunes et des bordures vertes. Aujourd’hui, la surface du lac présente des lobes d’eau couleur rouille au-dessus d’une couche de couleur brun foncé, avec des taches brun clair. Des apports d’eau verdâtre émergent de la berge rocheuse le long de laquelle plusieurs taches rouges ont récemment été observées. La surface de l’eau est une mosaïque en mouvement constant. Ce patchwork de couleurs indique probablement des zones de température et des composants dissous différents. Leur mouvement est probablement provoqué par des différences de densité et d’apport d’eau douce.

Les scientifiques du HVO ont jugé nécessaire d’ajouter des mesures quantitatives à ces  observations visuelles de la couleur du lac.

Un colorimètre portatif, capable de mesurer la chromaticité et la luminosité, est actuellement testé sur le terrain. Ce type d’instrument a été utilisé sur le volcan Aso au Japon en 2010, et les scientifiques du HVO s’en sont inspirés. Les colorimètres sont  plus fréquemment utilisés dans l’industrie alimentaire et textile qu’en volcanologie.

La colorimétrie consiste à mesurer la longueur d’onde et l’intensité de la lumière. La quantification de la couleur peut être divisée en deux parties. La luminosité est la quantité de lumière réfléchie, émise par un objet ou qui le traverse. La chromaticité mesure la teinte et la couleur, indépendamment de la luminosité. La colorimétrie relie ces variables à la réception de la couleur par l’œil humain et à notre jugement sur le stimulus physique de la lumière. Sur le terrain, les scientifiques font des observations visuelles sur un champ large, puis orientent le colorimètre vers un centre d’intérêt. L’enregistrement de la chromaticité et de la luminosité s’appuie sur des ensembles de données hydrologiques et géologiques ; cela contribue à fournir des informations qui peuvent compléter d’autres observations à distance. Grâce à cette technique expérimentale, les scientifiques sont en mesure d’expliquer les couleurs dynamiques observées dans la pièce d’eau de l’Halema’uma’u. Il se peut que le changement de couleur du lac indique un jour une évolution de l’activité volcanique sur le Kilauea. En effet, des changements de couleur et d’apparence de l’eau ont déjà été observés dans d’autres lacs de cratère actifs dans le monde. Par exemple, sur le volcan Aso au Japon en 2003, le lac Yudamari est passé du bleu-vert au vert uni avant qu’une éruption se produise au fond du lac. Bien que l’on ne sache pas si le lac au fond de l’Halema’uma’u montrera un changement de couleur similaire avant une éruption, c’est un indicateur potentiel que les scientifiques du HVO vont continuer à étudier dans le cadre de la surveillance de l’activité du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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Today, Kilauea is no longer eruptive. With no lava flows to study, HVO scientists are turning to the water like at the bottom of Halema’uma’u Crater.

For 15 months now, hot groundwater has been seeping into the collapse pit created by the evacuation of the 2008–2018 Halema‘uma‘u lava lake and part of the underlying summit magma chamber. Since the gaping pit and the water lake rising within are physically inaccessible, HVO uses remote techniques to monitor this changing, and potentially hazardous, environment.

HVO uses Unoccupied Aircraft Systems (UAS, or drones) to collect water samples, the chemical analyses of which are snapshots of lake composition. Visual and thermal cameras keep constant watch on the lake surface and the hot fumaroles surrounding it. LiDAR (Light Detection and Ranging) helps to reveal the lake’s growing form. A Digital Elevation Model (DEM) is integrated with frequent water level measurements to calculate lake depth, volume, and inflow rate. These quantitative data sets are complemented by the written accounts of HVO scientists.

When the water pond first emerged, it was described as a pond of milky turquoise water. Later, it developed yellow hues and green shoreline margins. Today, the lake surface has lobes of rust orange water over expanses of deep brown, with patches of light brown and tan. Elongated green inflows emerge from the rocky shoreline, along which several ruddy spots have recently upwelled.

The water surface is a mosaic in constant motion. This patchwork may indicate zones of distinct temperature and dissolved constituents, and their movement is likely driven by differentials of density, wind, and fresh groundwater inflow.

HVO scientists recognized the need to define these valuable visual observations of colour with quantitative measurements.

A colorimeter instrument, a handheld optical device that measures chromaticity and brightness, is being field-tested for this purpose. A similar type of colour measurement was conducted at Aso Volcano in Japan in 2010, inspiring the techniques used by HVO. Colorimeters are more commonly used in industries like food processing and textile manufacturing than in volcanology.

Colorimetry is the measurement of the wavelength and intensity of light. The quantification of colour can be divided into two parts. Brightness, or luminicity, is the quantity of light that is reflected, emitted from, or passes through an object. Chromaticity is a measurement of hue and colorfulness, independent of brightness. Colorimetry relates these variables to the human eye’s sensation of colour, and to our judgment of the physical stimulus of light.

In the field, scientists make broad visual observations, then sight the colorimeter at a point of interest. The record of chromaticity and brightness builds upon hydrologic and geologic data sets, contributing insight that may help link other remote observations. Analysis of the colorimetry data from this experimental technique may help scientists explain the dynamic colours seen at the Halema‘uma‘u lake.

Lake colour changes may possibly even signal changing volcanic conditions beneath the watery depths.  Water colour and appearance changes have been observed at other active crater lakes around the world. For example, at Aso Volcano in Japan in 2003, Yudamari lake changed from blue-green to solid green before an eruption occurred at the lake bottom.

While it is not known if the water lake within Halema‘uma‘u would have a similar colour change prior to an eruption, it is a potential indicator that HVO scientists will be looking for as part of routine monitoring of Kīlauea activity.

Source: USGS / HVO.

Vue de la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u fin octobre 2020 (Source : HVO)

Chambre magmatique du Kilauea : les leçons de l’éruption de 2018 // Kilauea’s magma chamber : the lessons of the 2018 eruption

Les personnes qui visiteront le Kilauea Overlook (point de vue sur le Klauea) qui vient d’être ouvert au public dans le Parc National des Volcans d’Hawaï découvriront un paysage totalement nouveau, façonné par l’éruption dans la Lower East Rift Zone et l’effondrement du sommet du volcan en 2018.
Du 16 mai au 2 août 2018, la caldeira de Kilauea a connu une série de 62 événements d’effondrement. Au terme de ces événements, la partie la plus profonde de Halema’uma’u s’était affaissée de 500 m, plus que suffisant pour y loger l’Empire State Building.
Beaucoup de gens se demandent maintenant si le système magmatique sous le sommet du Kilauea se comportera comme avant. Avant 2018, les données géophysiques montraient un système complexe de chambres magmatiques sous le sommet. L’une des plus importantes était une chambre superficielle, située à environ 1,6 km de profondeur sous la caldeira du Kilauea. Ce réservoir était relié à la surface via un conduit qui donnait naissance à l’Overlook Crater et alimentait le lac de lave sommital.
Le premier indice sur la situation du réservoir superficiel est apparu en octobre 2018 lorsque les inclinomètres installés au sommet ont détecté un événement de déflation-inflation (événement DI). Avant l’effondrement de 2018, de tels événements DI se produisaient régulièrement; ils pouvaient être observés à partir des données inclinométriques au sommet et les variations de hauteur du lac de lave. Cet ensemble de données a clairement montré que le réservoir superficiel sous l’Halema’uma’u se dégonflait et se regonflait à plusieurs reprises.
Alors que les événements DI étaient clairement observables au sommet du Kilauea, ils étaient également enregistrés par les inclinomètres près du Pu’uO’o, avec un léger décalage dans le temps. Le fait que les variations de pression observées lors de la déflation et de l’inflation du réservoir sommital soient transmises aussi rapidement au Pu’uO’o était une indication du lien étroit entre l’East Rift Zone et le système magmatique sommital.
Les caractéristiques de l’événement DI post-éruptif d’octobre 2018 étaient très semblables aux événements DI qui avaient précédé l’éruption. Cela montrait que les caractéristiques du réservoir superficiel sous l’ Halema’uma’u n’étaient probablement pas très différentes de ce qu’elles étaient avant l’éruption. De plus, les inclinomètres installés sur l’East Rift Zone ont fait apparaître une faible trace d’un événement DI peu de temps après l’événement d’octobre. Cela confirme qu’il existe toujours une connexion étroite entre le réservoir superficiel sous l’Halema’uma’u et l’East Rift Zone.
Depuis cette époque, une analyse plus poussée a été effectuée afin d’obtenir plus d’indications sur le réservoir situé sous l’Halema’uma’u. Dans un article publié en décembre 2019 dans le magazine Science, des scientifiques de l’USGS ont expliqué comment les données de déformation provenant de la forte déflation des chambres magmatiques au sommet du Kilauea pendant les premières semaines de l’éruption de 2018 ont permis de calculer la quantité totale de magma stockée dans le réservoir de l’Halema’uma’u avec plus de précision que précédemment. Compte tenu de l’incertitude naturelle des données, les scientifiques ont constaté que le volume probable de ce réservoir était d’un peu moins de 4 kilomètres cubes. En prenanat en compte le volume d’effondrement de 0,8 kilomètre cube, cela signifie qu’environ 20% seulement du réservoir s’est vidangé lors de l’éruption de 2018 et que 80% du magma se trouve toujours dans le réservoir sommital. En conclusion, bien que la caldeira du Kilauea ait subi des modifications majeures, l’alimentation magmatique située sous cette caldeira fonctionne de la même manière que précédemment.
Source: USGS / HVO.

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Those who will visit the newly opened Kilauea Overlook within Hawai‘i Volcanoes National Park will discover a totally new landscape shaped by the lower East Rift Zone eruption and summit collapse in 2018.
From May 16th until August 2nd, 2018, the Kilauea caldera went through a series of 62 collapse events. At the end of these events, the deepest part of Halema’uma’u had descended 500 m, more than enough to fit the Empire State Building.
Many people wonder now whether the underlying summit magma system will ever behave the same. Prior to 2018, geophysical data showed a complex system of magma storage chambers under the Kilauea summit. One of the most prominent was a shallow chamber about 1.6 km deep under the Kilauea caldera. This reservoir was connected to the surface via a conduit that formed the Overlook Crater and supplied lava to the summit lava lake.
The first clue about the post-collapse state of the shallow reservoir came in October 2018 when summit tiltmeters picked up a deflation-inflation event (DI-event). Before the 2018 collapses, DI-events occurred regularly and could be observed from summit tiltmeter records and in the changing lava lake height. Together these data showed that the shallow Halema’uma’u reservoir was deflating and re-inflating repeatedly.
While DI-events were clearly observable at Kilauea’s summit, tiltmeters near Pu’uO’o recorded similar motions just with a slight time delay. The fact that pressure changes during the deflation and inflation of the summit reservoir could be transmitted so directly to Pu’uO’o was an indication of how closely connected the East Rift Zone was to the summit magma system.
The shape and size of the post-eruption DI-event in October 2018 was very similar to pre-eruption DI-events, indicating that the shape and size of the shallow Halema’uma’u reservoir must not be too different from its pre-eruption state. Furthermore, tiltmeters on the East Rift Zone showed a faint trace of a DI-event just following the October event. This indicated that the close connection between the shallow Halema’uma’u reservoir and the East Rift Zone still exists.
Since then, a more in-depth analysis has been done that gives more clues about the shallow Halema’uma’u reservoir. In a December 2019 article in Science magazine, USGS scientists detailed how deformation data from the intense deflation of the summit magma chambers during the first weeks of the 2018 eruption allowed them to calculate the total amount of magma in the Halema’uma’u reservoir more precisely than ever before.Taking into account the natural uncertainty of the data, they found the most likely volume of the reservoir to be just under 4 cubic kilometres. Given the collapse volume of 0.8 cubic kilometres, this means that only about 20% of the reservoir was emptied during the 2018 eruption and 80% of the reservoir’s magma is still underneath the summit. So, while the surface of the Kilauea caldera has undergone a major remodel, underneath, the magma plumbing system still works in much the same way did before.
Source : USGS / HVO.

Le cratère de l’Halema’uma’u après l’éruption de 2018 (Crédit photo : USGS)

Le mystère de l’eau sur le Kilauea (Hawaii) // The mystery of water on Kilauea Volcano (Hawaii)

Le 4 juillet 2018, un scientifique du HVO qui se trouvait à la Volcano House du Kilauea a pris une photo sur laquelle on peut voir une ligne sombre qui descend le long de la paroi de la caldeira sommitale, au-dessus du plancher de l’Halema’uma’u. (voir la photo ci-dessous). Dans le doute, elle a été baptisée «la traînée noire».
Les géologues du HVO ont déclaré qu’il y avait deux possibilités: cette trace noire pouvait être la cicatrice laissée par un effondrement le long de la pente recouverte de poussière. Ou bien, elle avait pu être creusée par l’eau.
Au cours des jours suivants, la « traînée noire » est allée et venue. Au final, les  observations ont montré que la traînée restait noire même quand une grande quantité de poussière s’élevait de Halema’uma’u. C’était la preuve qu’elle était façonnée par l’eau et non par des effondrements.
L’eau sortait d’un point situé entre 10 et 20 mètres sous la lèvre de la caldeira, au-dessus de la nappe phréatique qui alimente aujourd’hui le lac au fond du cratère (voir mes notes précédentes). La question était de savoir comment l’eau pouvait se trouver aussi haut dans cette zone.
Lorsque de fortes pluies se produisent sur le Kilauea, une rivière coule pendant environ une heure à la surface du sol entre l’extrémité sud d’Uekahuna Bluff et le Rift Sud-Ouest sur une distance de 600 à 800 mètres. Cette rivière a plusieurs mètres de largeur et quelques dizaines de centimètres de profondeur. Elle disparaît toujours avant d’atteindre le Rift SO en s’enfonçant dans le sable alluvial.

Les autres questions étaient de savoir 1) où allait cette eau, et 2) si c’était bien cette eau qui formait la traînée noire mentionnée ci-dessus. Les géologues du HVO pensent que c’était le cas. Après avoir disparu, l’eau de la rivière coule probablement sous terre mais est bloquée par des dykes sous la zone de Rift SO où elle s’accumule pour former un aquifère peu profond. La fracturation de la paroi de la caldeira lors de l’effondrement du sommet en 2018 a probablement ouvert une voie permettant à cette eau de sortir de l’aquifère et de se déverser dans la caldeira.
La « traînée noire », autrement dit la cascade d’eau, est réapparue périodiquement au cours des deux dernières années et le HVO demande au public s’il pourrait fournir d’autres photos du phénomène depuis 2018. Des images récentes montrent une cavité à la source de la cascade qui pourrait être l’ouverture d’un tunnel de lave.
La poche d’eau qui donne naissance à la cascade est l’une des deux qui existaient avant 2018. L’autre a formé une mare d’eau chaude à la surface de la caldeira, à 500 mètres au nord de l’Halema’uma’u avant l’effondrement du cratère en 2018. Une végétation abondante entourait cette mare et des micro-organismes vivaient dans l’eau. La mare s’est vidée lors de l’effondrement de l’Halema’uma’u en 2018, bien que son emplacement reste visible aujourd’hui grâce à la présence de végétation. Tandis que le cratère s’agrandissait en juin et juillet 2018, un panache de vapeur blanche s’élevait généralement au-dessus de sa partie nord-ouest, ce qui contrastait avec les panaches de poussière sombre qui envahissaient la majeure partie de l’Halema’uma’u. Il se peut que le panache de vapeur blanche ait été généré par l’ébullition de l’eau dans l’aquifère peu profond qui alimentait la mare.

Les scientifiques du HVO se demandent aujourd’hui s’il existe d’autres poches d’eau peu profondes sous le plancher de la caldeira. Il y a davantage de précipitations sur la partie nord de la caldeira que sur la partie sud. On sait que plusieurs cavités existent sous le plancher nord de la caldeira; elles émettent de la vapeur à haute température. Cette chaleur provient probablement des coulées de lave et de lacs de lave solidifiés qui existaient dans cette zone au 19ème siècle et au début du 20ème et dont la chaleur vaporise l’eau des précipitations. Cette vapeur persiste même par temps sec.

Les scientifiques du HVO aimeraient savoir s’il existe une poche d’eau plus profonde dans la zone sommitale du Kilauea. En effet, si c’est le cas, elle pourrait provoquer des explosions phréatiques au sommet du volcan.
Source: USGS / HVO.

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On July 4th, 2018, a HVO scientist at the Volcano House Hotel took a photo showing a dark line descending the wall of Kilauea caldera above Halema’uma’u. (see the photo below). Not knowing what it was, he dubbed it the ‘black streak.’

HVO geologists said there were two possibilities: the streak could be a recent rockfall scar cutting across the dusty slope. Or the streak was made by water.

Over the next few days, the black streak came and went. Finally, observations showed that the streak stayed black during a time when a lot of dust was billowing from Halema’uma’u. This was proof positive that it was made by water, not a rockfall.

The water flowed from a point 10–20 metres below the rim of the caldera, high above the groundwater body that today feeds the deepening lake seen at the bottom of the crater (see my previous posts). The question was to know how water could be so high in this area.

During exceptionally heavy downpours, a river flows for an hour or so across the ground surface between the south end of Uekahuna Bluff and SW Rift, over a distance of 600–800 metres. This river is several metres wide and a few tens of centimetres deep. This flowing river always ends before reaching SW Rift, sinking into alluvial sand.

The other questions were to know 1) where this water went, and 2) if it was the water that formed the above mentioned black streak. HVO geologists thought the answer was yes. Beyond where it disappears, the river water probably flows underground but is dammed by dikes beneath the SW Rift area, forming a shallow perched aquifer. Faulting of the caldera wall during the 2018 summit collapse opened a pathway for this stored water to exit the aquifer and pour into the caldera.

The black streak, or water cascade, has reappeared sporadically in the past two years and HVO asks the public if they could get more photos of the phenomenon since 2018. Recent images show a cavity at the head of one cascade. It could be the opening of a lava tube.

The perched water body responsible for the water cascade is one of two such bodies existing before 2018. The other formed a tiny warm pond on the caldera floor 500 metres north of Halema’uma’u before it enlarged in 2018. Lush vegetation surrounded the pond, and microorganisms lived in the water. The tiny pond drained as Halema’uma’u widened in 2018, though its site, marked by vegetation, remains. As the crater expanded in June and July, a white steam plume generally rose above the northwestern part of the crater, contrasting with the dusty brown clouds that engulfed most of the crater. The plume might have been generated by boiling of water in the same shallow aquifer that supported the pond.

HVO scientists wonder whether other shallow water bodies exist unseen beneath the caldera floor. More rain falls on the northern part of the caldera than on the southern. Several caves are known to exist below the northern caldera floor; they emit steam and are very hot. Most likely the heat comes from solidified lava flows and lakes active in this area in the 19th and early 20th centuries, and it heats rainfall to steam. The steam persists even in dry weather. HVO scientists would like to know if there is a deeper water body in the summit area of Kilauea. Indeed, if such shallow water existed, it could trigger phreatic explosions at the summit of the volcano.

Source: USGS / HVO.

Vue de la “traînee noire” sur la paroi de la caldeira. Elle mesure une cinquantaine de mètres et un panache de vapeur (en bas à droite) s’élève de la partie NO de l’Halema’uma’u. La photo a été prise depuis la Volcano House le 4 juillet 2018. La configuration des lieux a beaucoup changé depuis cette date. (Source : USGS).

La température de l’eau dans le cratère de l’Halema’uma’u (Hawaii) // Water temperature in Halema’uma’u Crater (Hawaii)

Le 2 août 2020, j’ai publié une note sur le premier anniversaire de la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u au sommet du Kilauea. Le lac couvre maintenant une superficie de plus de 2,5 hectares et atteint une profondeur de plus de 40 m. Sa couleur est variable et la température de surface du lac oscille généralement entre 70°C et 85°C.
Dans un nouvel article, les géologues du HVO expliquent que la température de surface du lac est susceptible de donner des indications sur d’éventuels dangers au sommet du volcan. Par exemple, en interagissant avec de l’eau proche de la surface, le magma peut, dans certains cas, déclencher des explosions phréatiques. En conséquence, le lac constitue une fenêtre ouverte sur ce qui se passe sous la surface du Kilauea.
Comme je l’ai écrit précédemment, le niveau du lac est contrôlé régulièrement à l’aide d’un télémètre laser, tandis que les observations visuelles enregistrent les variations de couleur de l’eau et sa circulation. Sa chimie a été analysée grâce à des échantillons prélevés à deux reprises par un drone. Une caméra thermique fonctionnant en continu a été installée en 2019 pour surveiller les changements de température dans le lac 24 heures sur 24. Les géologues utilisent également une caméra thermique portable lors des visites sur le terrain pour effectuer des mesures plus précises de la température du lac.
Cette dernière est parfois difficile à mesurer. En effet, la vapeur qui s’échappe de la surface de l’eau et se mélange à l’air ambiant est beaucoup plus froide que l’eau proprement dite. Cet épais nuage de vapeur masque en grande partie la surface du lac et rend les mesures difficiles. Il faut donc essayer d’effectuer les mesures dans les trouées à l’intérieur de ces nuages de vapeur. C’est en analysant les centaines d’images fournies par la caméra thermique que l’on a le plus de chances d’obtenir une estimation de la température de surface.
Fin 2019, les premiers résultats ont montré une température maximale de 70 à 75 degrés Celsius. Plus tard, une caméra thermique à plus haute résolution a été utilisée et a révélé des valeurs plus élevées, avec des températures maximales entre 80 et 85°C. La résolution plus élevée semble plus adaptée pour effectuer des mesures dans les trouées des nuages de vapeur. À de nombreuses reprises, les scientifiques du HVO ont utilisé à la fois les caméras basse et haute résolution pour avoir la confirmation que la caméra haute résolution montrait des températures systématiquement plus élevées.
Ces estimations ont été confirmées par une mission avec un drone en janvier 2020. L’appareil avait à son bord une minuscule caméra thermique. Il a été maintenu à quelques mètres au-dessus de la surface du lac, là où la vapeur est beaucoup moins problématique. La température maximale obtenue était d’environ 85°C.
Les images thermiques recueillies en 2019 montrent que la température n’est pas uniforme sur toute la surface du lac. Des zones chaudes sont observées à plusieurs endroits en bordure du lac. Au vu des images en accéléré, ces zones semblent se trouver dans les secteurs où les eaux souterraines pénètrent dans le lac. Le centre du lac est dans l’ensemble moins chaud. Cependant, ces valeurs ne représentent que la température de surface. La température en profondeur reste inconnue. Les futures missions à l’aide de drones devraient disposer d’une sonde de température pour effectuer de telles mesures.
La comparaison de la température du lac de l’Halema’uma’u avec celle d’autres lacs volcaniques dans le monde montre que le lac au sommet du Kilauea est vraiment chaud. À l’échelle de la planète, seuls quelques lacs volcaniques ont une température de surface supérieure à 80 degrés Celsius. La haute température du lac du Kilauea peut s’expliquer par la présence de chaleur résiduelle dans les matériaux d’effondrement à la base de Halema’uma’u, avec des roches qui ont été chauffées par la colonne de lave avant l’effondrement du cratère en 2018. Les bouches de gaz situées à proximité, avec des fumerolles dont la température atteint au moins 150°C, sont une autre explication possible de la température élevée du lac.
Les mesures régulières de la température du lac dans l’Halema’uma’u peuvent permettre de détecter le moindre changement annonciateur de dangers. Par exemple, dans plusieurs autres lacs volcaniques dans le monde, les variations de température ont précédé des explosions. Toutefois, au cours de l’année écoulée, la température du lac du Kilauea est restée stable et il n’y a actuellement aucun changement significatif.
Source: USGS / HVO.

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On August 2nd, 2020, I published a post about the first anniversary of the water pond at the bottom of Halema’uma’u Crater at the summit of Kilauea volcano. I wrote that the lake now covers an area of more than 2.5 hectares and reaches a depth of more than 40 m. Its colour is variable and the lake surface temperature is hot, usually between 70°C and 85°C.

In a new article, HVO geologists explain that the lake’s surface water gives indications about the potential for future hazards at the summit. Magma interacting with near-surface water can, in some circumstances, trigger steam-blast explosions. As a consequence, the lake may provide a useful window into what’s happening beneath the surface.

As I put it before, the lake level is tracked regularly with a laser rangefinder, and visual observations record changes in water colour and circulation patterns. Water chemistry has been analyzed in samples collected by two drone missions. A continuously operating thermal camera was installed in 2019 to keep watch on temperature changes in the lake around the clock. Geologists also use a handheld thermal camera during field visits to make more detailed measurements of lake temperature.

The lake temperature can be a little difficult to measure. The steam rising from the water surface and mixing with air is much cooler than the water. The thickness of this steam layer masks much of the underlying water surface and makes the measurements of the lake’s surface rather difficult. It is essential to see through the gaps in the steam. Collecting and analyzing hundreds of images at a time provides the best chance to capture the occasional views through the steam and get an estimate of the hot, underlying water surface.

The initial results in late 2019 showed maximum temperatures of 70-75 degrees Celsius. Later, a higher-resolution thermal camera was used and showed higher values, with maximum temperatures around 80-85°C. The higher resolution seemed to be better at seeing through the gaps in the steam. On numerous occasions HVO scientists used both the low and high-resolution cameras at the same time to confirm that the higher resolution camera showed systematically higher temperatures.

These estimates were confirmed by a mission with a drone in January. The aircraft carried a tiny thermal camera and hovered just yards above the surface, where steam is much less of a problem. The maximum temperature in the images was about 85°C.

The thermal images collected in 2019 show that the temperature is not uniform across the surface. Hot zones are observed in several spots along the lake margin, and time-lapse imagery shows that these areas appear to be zones where groundwater enters the lake. The centre of the lake is generally the coolest. However, these values only represent the surface temperature, and it is still unknown how hot the lake is beneath the surface. Future drone missions may carry a temperature probe to measure this.

Comparing these temperatures to those of other volcanic lakes around the world shows that Kilauea’s summit lake is a hot one. Globally, only a few volcanic lakes have surface temperatures greater than 80 degrees Celsius. The reason why Kilauea’s water lake is so hot can be explained by the residual heat in the collapse rubble at the base of Halema’uma’u, from rock that was heated by the lava column prior to the 2018 collapse. The nearby gas vents, with fumaroles whose temperature reaches at least 150 degrees Celsius, are another potential explanation for the high temperatures.

Carefully measuring the lake temperature can help identify any changes that might be precursors to upcoming hazards. For instance, at several other volcanic lakes around the world, changes in lake temperature have preceded explosions. Over the past year, Kilauea’s lake temperatures have stayed in the same range, and there are currently no significant changes

Source : USGS / HVO.

Image visuelle du lac dans le cratère de l’Halema’uma’u (Source : USGS / HVO)

Image du lac obtenue à l’aide de la caméra thermique le 31 juillet 2020. Les couleurs plus chaudes (jaune-orange) montrent les températures les plus élevées, tandis que les couleurs plus froides (bleu) montrent des températures plus basses. L’image indique que la température maximale à la surface du lac est d’environ 82°C. (Source : USGS / HVO)